EA028187B1 - Combustion process for fuel containing vanadium compounds - Google Patents

Combustion process for fuel containing vanadium compounds Download PDF

Info

Publication number
EA028187B1
EA028187B1 EA201500025A EA201500025A EA028187B1 EA 028187 B1 EA028187 B1 EA 028187B1 EA 201500025 A EA201500025 A EA 201500025A EA 201500025 A EA201500025 A EA 201500025A EA 028187 B1 EA028187 B1 EA 028187B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
water
vanadium
steam
combustion chamber
flue gases
Prior art date
Application number
EA201500025A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201500025A1 (en
Inventor
Массимо Пьетро Малаваси
Грация Ди Салвия
Алвисе Ачилле Бассиньяно
Джиампиетро Тедеши
Original Assignee
Айти С.П.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Айти С.П.А. filed Critical Айти С.П.А.
Publication of EA201500025A1 publication Critical patent/EA201500025A1/en
Publication of EA028187B1 publication Critical patent/EA028187B1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/12Inorganic compounds
    • C10L1/1216Inorganic compounds metal compounds, e.g. hydrides, carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/12Inorganic compounds
    • C10L1/1233Inorganic compounds oxygen containing compounds, e.g. oxides, hydroxides, acids and salts thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J7/00Arrangement of devices for supplying chemicals to fire
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/002Supplying water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/12Inorganic compounds
    • C10L1/1233Inorganic compounds oxygen containing compounds, e.g. oxides, hydroxides, acids and salts thereof
    • C10L1/125Inorganic compounds oxygen containing compounds, e.g. oxides, hydroxides, acids and salts thereof water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2200/00Components of fuel compositions
    • C10L2200/02Inorganic or organic compounds containing atoms other than C, H or O, e.g. organic compounds containing heteroatoms or metal organic complexes
    • C10L2200/0204Metals or alloys
    • C10L2200/0213Group II metals: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd, Hg
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2200/00Components of fuel compositions
    • C10L2200/02Inorganic or organic compounds containing atoms other than C, H or O, e.g. organic compounds containing heteroatoms or metal organic complexes
    • C10L2200/0204Metals or alloys
    • C10L2200/0218Group III metals: Sc, Y, Al, Ga, In, Tl
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2200/00Components of fuel compositions
    • C10L2200/02Inorganic or organic compounds containing atoms other than C, H or O, e.g. organic compounds containing heteroatoms or metal organic complexes
    • C10L2200/0254Oxygen containing compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2200/00Components of fuel compositions
    • C10L2200/02Inorganic or organic compounds containing atoms other than C, H or O, e.g. organic compounds containing heteroatoms or metal organic complexes
    • C10L2200/0272Silicon containing compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/10Recycling of a stream within the process or apparatus to reuse elsewhere therein
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/14Injection, e.g. in a reactor or a fuel stream during fuel production
    • C10L2290/141Injection, e.g. in a reactor or a fuel stream during fuel production of additive or catalyst
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/14Injection, e.g. in a reactor or a fuel stream during fuel production
    • C10L2290/146Injection, e.g. in a reactor or a fuel stream during fuel production of water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/14Injection, e.g. in a reactor or a fuel stream during fuel production
    • C10L2290/148Injection, e.g. in a reactor or a fuel stream during fuel production of steam
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/60Measuring or analysing fractions, components or impurities or process conditions during preparation or upgrading of a fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07007Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber using specific ranges of oxygen percentage
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32Direct CO2 mitigation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)

Abstract

Oxycombustion process wherein low ranking, gaseous, liquid, solid, optionally solid melting hydrocarbon fractions are used as fuels, having a vanadium content in an amount by weight from 50 to 500 ppm or higher, for producing energy, wherein magnesium is added as oxide, or as a water-soluble salt, the combustor being refractored and isotherm or quasi isotherm, flameless, working at temperatures comprised between 1,250 and 1,450°C and under pressurized conditions, wherein the oxidant is oxygen, the oxidant being used in admixture with water or steam, the ratio by moles oxidant:(water-steam) is comprised between about 1:0,4 and about 1:3 or the oxidant is used in admixture with flue gases recycled from the flue gases outletting the energy recovery equipments, wherein the water amount is higher than 30% by volume, optionally by adding water, the molar ratio oxidant:(water/steam) in flue gases being comprised from about 1:0.4 to about 1:3; the low ranking hydrocarbon fraction containing vanadium is fed in admixture with water or steam in the amount of water/steam being at least 30% by weight with respect to the hydrocarbon fraction.

Description

Настоящее изобретение относится к способу сжигания низкокачественных топлив с содержанием ванадия от 50 до 5 000 ррт для получения топочных или дымовых газов, содержащих на сухую массу топочного газа низкое количество летучей золы, < 10 мг/м3, предпочтительно < 5 мг/м3 на сухую массу, незначительное количество несгораемых остатков, где весовое количество общего органического углерода (ООУ) составляет <1 ррт, ПАУ (полиароматических углеводородов, главным образом пиренов) < 10-4 мг/м3, при отсутствии сажи, количестве ванадия или его соединений ниже, чем 1 мг/м3, и в форме ν2Ο5 в количестве < 0,01 мг/м3 и не обнаруживаемый по данным рентгеноструктурного анализа (РСА) Νανθ3. Кроме того, указанные топочные газы не воздействуют на строительный материал камеры сгорания и использующих энергию устройств и не вызывают снижение эффективности из-за загрязнения липкими осаждениями устройств, используемых для потребления энергии.The present invention relates to a method for burning low-quality fuels with a vanadium content of from 50 to 5,000 rpm to produce flue or flue gases containing a low amount of fly ash on a dry flue gas mass, <10 mg / m 3 , preferably <5 mg / m 3 per dry weight, insignificant amount of non-combustible residues, where the weight amount of total organic carbon (OOC) is <1 ppm, PAHs (polyaromatic hydrocarbons, mainly pyrenes) <10 -4 mg / m 3 , in the absence of soot, the amount of vanadium or its compounds is lower , than 1 mg / m 3 , and in the form of ν2Ο5 in an amount of <0.01 mg / m 3 and not detectable by X-ray analysis (XRD) Νανθ3. In addition, these flue gases do not affect the building material of the combustion chamber and energy-using devices and do not cause a decrease in efficiency due to pollution by sticky deposits of devices used for energy consumption.

Более предпочтительно настоящее изобретение касается использования для получения энергии низкокачественных углеводородных фракций, таких как, например, петролены и асфальтены, содержащих большие количества ванадия, в камерах сгорания, работающих при температурах в диапазоне 12501450°С, камерах сгорания, являющихся частью использующих энергию заводов и работающих 8000 ч/год или более без остановки для очистки оборудования или для замены корродированных или непоправимо поврежденных частей спекшимися порошками, осаждаемыми топочными газами, без ухудшения эффективности и снижения получения энергии; по существу, в остаточных порошках вяжущие соединения, в частности сульфаты и сажа, практически, отсутствуют или находятся в ничтожно малых количествах.More preferably, the present invention relates to the use of low-quality hydrocarbon fractions for energy production, such as, for example, petrolenes and asphaltenes containing large amounts of vanadium, in combustion chambers operating at temperatures in the range 12501450 ° C, combustion chambers that are part of energy-using plants and operating 8,000 h / year or more non-stop to clean equipment or to replace corroded or irreparably damaged parts with sintered powders deposited by flue gases Without deteriorating efficiency and lowering energy; essentially, in residual powders, astringent compounds, in particular sulfates and soot, are practically absent or are in negligible amounts.

Из предшествующего уровня техники хорошо известно, что в результате очистки различных типов сырых нефтей с целью получения промышленных углеводородных фракций, таких как топливо, нефтехимические продукты, топливо для производства энергии, в качестве побочных продуктов образуются тяжелые фракции углеводородов, в частности петролены и асфальтены. Эти побочные продукты не могут непосредственно использоваться для производства промышленных углеводородных фракций и находят более ограниченное применение, например в качестве дорожного асфальта или специфических топлив, типа топливного мазута, битумного пека, остатков после легкого крекинга или вторичной перегонки нефти, пригодных для производства энергии, но только с использованием сложных установок по полному преобразованию энергии, чтобы избежать отрицательных технологических и экологических эффектов, которые возникли бы при использовании обычных углеводородных установок или заводов. Фактически, в тяжелых углеводородных фракциях концентрируются углеродистые соединения, полиароматические углеводороды, например, асфальтены, высоко молекулярные линейные или разветвленные углеводороды, например, петролены, соединения, имеющие химические структуры, более трудные для того, чтобы быть подвергнутыми полному сгоранию. Например, для топливного мазута должны использоваться более сложные установки, например такие, которые используются для каменного угля, которые включают большое количество сложного оборудования, в особенности в секции дообработки топочного или дымового газа. Фактически это вызывает снижение промышленной ценности топлива, помимо создания проблем с точки зрения эксплуатационных расходов и экологического воздействия на окружающую среду.It is well known from the prior art that as a result of refining various types of crude oils in order to obtain industrial hydrocarbon fractions, such as fuel, petrochemical products, fuel for energy production, heavy hydrocarbon fractions, in particular petrolenes and asphaltenes, are formed as by-products. These by-products cannot be directly used for the production of industrial hydrocarbon fractions and find more limited use, for example, as road asphalt or specific fuels such as fuel oil, bitumen pitch, residues after light cracking or secondary distillation of oil, suitable for energy production, but only using sophisticated complete energy conversion plants to avoid the negative technological and environmental effects that would occur if Using conventional hydrocarbon plants or factories. In fact, carbon compounds, polyaromatic hydrocarbons, for example, asphaltenes, highly molecular linear or branched hydrocarbons, for example, petrolenes, compounds having chemical structures more difficult to undergo complete combustion are concentrated in heavy hydrocarbon fractions. For example, more sophisticated plants should be used for fuel oil, such as those used for coal, which include a large number of sophisticated equipment, especially in the after-treatment section of flue or flue gas. In fact, this causes a decrease in the industrial value of fuel, in addition to creating problems in terms of operating costs and environmental impact on the environment.

Другим путем использования вышеупомянутых тяжелых фракций в качестве топлива является их преобразование, например путем газификации, с последующими сложными процессами газовой очистки, для того, чтобы использовать для получения энергии газ, полученный в обычных камерах сгорания, например комбинированный газотурбинный цикл. Кроме того, тяжелые фракции подвергают сложным процессам каталитического реформинга с целью получения коммерчески ценных высших углеводородных фракций.Another way of using the aforementioned heavy fractions as fuel is to convert them, for example by gasification, followed by complex gas cleaning processes, in order to use gas obtained in conventional combustion chambers, for example a combined gas turbine cycle, to generate energy. In addition, heavy fractions are subjected to complex catalytic reforming processes to obtain commercially valuable higher hydrocarbon fractions.

Однако эти процессы требуют существенных инвестиций и затрат и специализированных предприятий. Конечно, снижение промышленной ценности этих топлив все еще сохраняется из-за накапливания и концентрирования в этих фракциях некоторых продуктов, например серы и азота, остающихся после процессов гидрогенизации на нефтеперерабатывающих заводах, и присутствующих в сырой нефти химически связанных высокомолекулярных соединений, которые предпочтительно концентрируются в тяжелых углеводородных фракциях. Аналогично ведут себя несгораемые шлаки и некоторые тяжелые металлы, в частности ванадий и никель.However, these processes require substantial investment and costs and specialized enterprises. Of course, the decrease in the industrial value of these fuels is still preserved due to the accumulation and concentration in these fractions of certain products, for example, sulfur and nitrogen, remaining after hydrogenation processes at refineries, and chemically bonded high molecular weight compounds present in crude oil, which are preferably concentrated in heavy hydrocarbon fractions. Fireproof slags and some heavy metals, in particular vanadium and nickel, behave similarly.

Известно, что ванадий входит в состав порфиринов, типичных продуктов орогенезиса ископаемых углеводородов, и присутствует в различных типах сырых нефтей, главным образом в количестве, пропорциональном содержанию полиароматических углеводородов. В процессах нефтепереработки связанный ванадий концентрируется в тяжелых углеводородных фракциях. Удаление ванадия конечно снижает проблемы при получении ценных коммерческих фракций, но наоборот увеличивает проблемы, связанные с использованием тяжелых углеводородных фракций. Например обычная нефть, имеющая плотность 105-110 ΑΡΙ, может содержать ванадий в очень различных количествах в зависимости от добывающих скважин, в основном порядка 50-100 ррт. Однако в тяжелых фракциях, полученных из этой сырой нефти, концентрация ванадия может повыситься до 200-300 ррт. Когда тяжелая фракция или тяжелая нефть подвергаются процессу отделения асфальтенов, для того, чтобы получить модернизированную нефтьIt is known that vanadium is a part of porphyrins, typical products of the orogenesis of fossil hydrocarbons, and is present in various types of crude oils, mainly in an amount proportional to the content of polyaromatic hydrocarbons. In oil refining processes, bound vanadium is concentrated in heavy hydrocarbon fractions. Removing vanadium of course reduces the problems in obtaining valuable commercial fractions, but on the contrary increases the problems associated with the use of heavy hydrocarbon fractions. For example, conventional oil having a density of 105-110 ΑΡΙ may contain vanadium in very different quantities, depending on the production wells, generally of the order of 50-100 ppm. However, in the heavy fractions obtained from this crude oil, the concentration of vanadium may increase to 200-300 ppm. When a heavy fraction or heavy oil undergoes a process of separating asphaltenes, in order to obtain an upgraded oil

- 1 028187 более высокого качества, содержание ванадия в этих фракциях увеличивается. Например, в асфальтеновой фракции концентрация ванадия может повыситься до 500-700 ррт.- 1 028187 of higher quality, the vanadium content in these fractions increases. For example, in the asphaltene fraction, the concentration of vanadium may increase to 500-700 ppm.

Также известно, что в остатках от процессов каталитического преобразования/газификации/реформинга тяжелых углеводородных фракций содержание ванадия может достигать нескольких тысяч ррт.It is also known that in the residues from the processes of catalytic conversion / gasification / reforming of heavy hydrocarbon fractions, the content of vanadium can reach several thousand ppm.

Также известно, что ванадий представляет значительную проблему для здоровья людей и воздействия на экологию, а также технологическую проблему на промышленных заводах с точки зрения его агрессивности по отношению к различным используемым материалам, таким как теплоизоляционные огнеупорные материалы, стали, высококачественные сплавы (легированные стали).It is also known that vanadium is a significant problem for human health and environmental impact, as well as a technological problem in industrial plants in terms of its aggressiveness in relation to various materials used, such as heat-insulating refractory materials, steels, high-quality alloys (alloy steels).

Из предшествующего уровня техники известны различные методы снижения отрицательного воздействия ванадия на заводах по преобразования топлива в энергию. См. например патент И8 2843200, где описан способ снижения коррозийного эффекта содержащих ванадий фракций путем введения в камеру сгорания ингибитора, представляющего собой мелкораспыленный гидросиликат кальция, или путем однородного смешивания ингибитора с топливом. В описании этого патента указано, что летучая зола, получающаяся при сжигании остаточного топливного мазута, содержащего существенные количества соединений ванадия, оказывает значительный коррозийный эффект на строительные материалы потребляющих энергию заводов, например наблюдается катастрофическое окисление лопастей турбины. Эффект коррозии, как считают, происходит из-за присутствия ν2Ο5, образующегося при сгорании остаточного топливного мазута, содержащего ванадий. Это соединение агрессивно действует на различные металлы, их сплавы и другие строительные материалы. Коррозионный эффект прогрессивно увеличивается с температурой топочных газов. Кроме того, содержащая ванадий зола топочных газов образует твердый и липкий материал, который вызывает коррозию и отлагается на стенках оборудования и утолщает их. При использовании описанной в этом патенте добавки содержащая ванадий летучая зола не прилипает к металлическим частям оборудования, но оседает в виде не прилипающих, легко удаляемых порошков. Однако отмечено, что корродирующее действие на различные материалы оборудования сохраняется, но только отсрочено. В этом патенте предлагается проводить процесс в камере сгорания при относительно низких рабочих температурах, не более 750°С (например, 1350°Р, 732°С). Одним из недостатков указанного процесса является то, что в летучей золе содержится высокое количество остатков горения, которые в последствии загрязняют оборудование отложениями. Патент И8 2781005 описывает применение ингибирующих добавок на основе магния и цинка в виде оксидов или в виде соединений, из которых при поддерживаемой в камере сгорания температуре образуются их оксиды, в случае работы с содержащим ванадий низкосортным остаточным топливным мазутом. Также описано влияние температуры сжигания топочных газов в интервале 600-800°С на использующие энергию устройства, например на лопасти турбины. Приведенный в патенте пример описывает проведение процесса при 650°С. Добавки подают в камеру сгорания необязательно смешанными с топливом. При этом наблюдается коррозия на том же уровне, что и в отсутствии ванадия. Составы, содержащие оксиды цинка и магния, приводят к образованию ортованадатов Μ3ν2Ο8 с одновременным исчезновением ν2Ο5 из топочных газов. В патенте указано, что, когда добавленное количество добавки ниже чем указанное, коррозия существенно не уменьшается, вероятно, из-за наличия в топочных газах свободного ν2Ο5. Недостатками используемых в этом патенте добавок являются те же, что и предыдущем патенте. Патент И8 3817722 описывает снижение как коррозии, так и загрязнения от прилипающей к стенкам оборудования летучей золы при сжигании содержащих ванадий и щелочные металлы ископаемых топлив путем добавлениям соединений, образующих оксиды кремния и магния как источников кремния и магния, так, чтобы обеспечить весовое соотношение 8ίΟ2/Μ§Ο выше, чем 2:1, предпочтительно выше чем 3:1. Должны присутствовать по крайней мере две весовые части магния/одна весовая часть ванадия и по крайней мере две весовые части кремния/одна весовая часть щелочных металлов. Чем выше соотношение 8ίΟ2/Μ§Ο, тем выше ингибирование коррозии и образования отложений летучей золы. При высоком содержании натрия соотношение 8ίΟ2/Μ§Ο может достигать 6:1. В патенте сообщается, что дешевые топлива, которыми являются топлива, содержащие ванадий и необязательно также щелочные металлы и соединения серы, трудно подвергаются переработке. Указано, что из уровня техники известно использование оксида кремния для регулирования отложений летучей смолы на использующем энергию оборудовании.Various methods are known from the prior art for reducing the negative effects of vanadium in plants for converting fuel into energy. See, for example, I8 patent 2843200 for a method for reducing the corrosive effect of vanadium-containing fractions by introducing an inhibitor, which is finely atomized calcium hydrosilicate, into the combustion chamber, or by uniformly mixing the inhibitor with fuel. The description of this patent indicates that fly ash resulting from the combustion of residual fuel oil containing significant amounts of vanadium compounds has a significant corrosive effect on building materials of energy-consuming plants, for example, catastrophic oxidation of turbine blades is observed. The effect of corrosion is believed to be due to the presence of ν 2 Ο 5 , which is formed during the combustion of residual fuel oil containing vanadium. This compound aggressively affects various metals, their alloys and other building materials. The corrosive effect progressively increases with the temperature of the flue gases. In addition, vanadium ash containing flue gases forms a solid and sticky material that causes corrosion and deposits on the equipment walls and thickens them. When using the additive described in this patent, the vanadium-containing fly ash does not adhere to the metal parts of the equipment, but settles in the form of non-adherent, easily removable powders. However, it is noted that the corrosive effect on various equipment materials is maintained, but only delayed. This patent proposes to carry out the process in the combustion chamber at relatively low operating temperatures, not more than 750 ° C (for example, 1350 ° P, 732 ° C). One of the drawbacks of this process is that fly ash contains a high amount of combustion residues, which subsequently pollute the equipment with deposits. Patent I8 2781005 describes the use of inhibiting additives based on magnesium and zinc in the form of oxides or in the form of compounds from which their oxides are formed when the temperature is maintained in the combustion chamber, when working with vanadium-containing low-grade residual fuel oil. The effect of the temperature of combustion of flue gases in the range of 600-800 ° C on energy-using devices, such as turbine blades, is also described. The example given in the patent describes the process at 650 ° C. Additives are supplied to the combustion chamber optionally mixed with fuel. In this case, corrosion is observed at the same level as in the absence of vanadium. Compositions containing zinc and magnesium oxides lead to the formation of тов 3 ν 2 Ο 8 orthovanadates with the simultaneous disappearance of ν 2 Ο 5 from flue gases. The patent states that when the added amount of the additive is lower than indicated, the corrosion does not significantly decrease, probably due to the presence of free ν 2 Ο 5 in the flue gases. The disadvantages of the additives used in this patent are the same as the previous patent. Patent I8 3817722 describes the reduction of both corrosion and pollution from fly ash adhering to the walls of equipment during the combustion of fossil fuels containing vanadium and alkali metals by adding compounds that form silicon and magnesium oxides as sources of silicon and magnesium, so as to provide a weight ratio of 8ίΟ 2 / Μ§Ο higher than 2: 1, preferably higher than 3: 1. At least two parts by weight of magnesium / one part by weight of vanadium and at least two parts by weight of silicon / one part by weight of alkali metals must be present. The higher the ratio 8ίΟ 2 / Μ§Μ, the higher the inhibition of corrosion and the formation of deposits of fly ash. With a high sodium content, the ratio of 8ίΟ 2 / Μ§Ο can reach 6: 1. The patent states that cheap fuels, which are fuels containing vanadium and optionally also alkali metals and sulfur compounds, are difficult to process. It is indicated that it is known in the art to use silica to control volatile tar deposits on energy-using equipment.

Другие патенты предшествующего уровня техники описывают применение Μ§Ο и 8ίΟ2 в соотношении от 1/1 до 2/1. Однако, как известно из предшествующего уровня техники, если используется температура сжигания выше чем 760°С, коррозия и отложение летучей золы имеют место. Поэтому эффективные при этих температурах добавки не эффективны при температурах выше, чем 760°С из-за расплавления летучей золы с последующей коррозией и загрязнением. Было показано, что 8ίΟ2 эффективен при модифицировании свойств летучей смолы, предотвращении загрязнения использующего энергию оборудования и ингибировании коррозии. В этом способе температура плавления золы повышается так, что исключается наличие вызывающей коррозию жидкой фазы. Однако это верно для температур до 700°С. При температурах в диапазоне 815-870°С коррозия и загрязнение летучей золой будут снова иметь место. Другими словами, использование предшествующих известных добавок весьма неэффективно в случае недорогого, содержащего ванадий низкосортного топлива при температурах сгорания вышеOther prior art patents describe the use of Μ§Ο and 8ίΟ 2 in a ratio of 1/1 to 2/1. However, as is known from the prior art, if a combustion temperature higher than 760 ° C. is used, corrosion and deposition of fly ash occur. Therefore, additives effective at these temperatures are not effective at temperatures higher than 760 ° C due to the melting of fly ash followed by corrosion and contamination. It was shown that 8ίΟ 2 is effective in modifying the properties of volatile resin Pollution Prevention energy using equipment and corrosion inhibition. In this method, the melting temperature of the ash is increased so that the presence of a corrosive liquid phase is eliminated. However, this is true for temperatures up to 700 ° C. At temperatures in the range of 815-870 ° C, corrosion and fly ash pollution will again occur. In other words, the use of the prior art additives is highly ineffective in the case of an inexpensive vanadium-containing low-grade fuel at combustion temperatures above

- 2 028187- 2 028187

800°С.800 ° C.

Системы для достижения температур выше 760°С основаны на предварительной обработке топлива путем промывания водой с целью удаления щелочных металлов и последующем добавлении сульфата магния в весовом соотношении Мд/ν = 3/1. Недостаток такой обработки состоит в том, что существенное загрязнение лопастей турбины использующих энергию устройств происходит с прогрессивным снижением производства энергии. Практически соотношение магний/ванадий может быть в лучшем случае 3/1-3,5/1 для хорошего баланса между защитой от коррозии и минимальными потерями производства энергии. Однако работа турбины должна прерываться для очистки лопастей путем промывания. Фактически одна часть модифицированной золы отлагается на лопастях турбины, работу которой следует остановить и подвергнуть промывке водой. Эти операции по очистке требуют приблизительно 6 ч, поэтому такие обработки возможно производить только на турбинах, которые могут быть периодически остановлены. Такие промывки пытались также производить, используя измельченную ореховую скорлупу, чтобы ускорить процесс, однако при этом достигались небольшие преимущества. В предшествующем уровне техники для улучшения сопротивления коррозии использовали оборудование, изготовленное из легированной стали, в частности из сплавов, содержащих никель и кобальт. Однако очевидное улучшение при температурах 400-500°С не достигалось при температурах выше 700°С. Таким образом оборудование имеет значительно более низкий период эксплуатации по сравнению с тем случаем, когда используют не содержащее ванадий топливо. Как показано в приводимых в патенте υδ 3817722 (см. выше) примерах описываемая в этом документе добавка позволяет производить сжигание при температуре до приблизительно 815°С. Недостатком этой добавки является высокое соотношение δίΟ2/Μ§Ο, по крайней мере 6:1, необходимое для того, чтобы достичь снижения коррозии. Другой недостаток заключается в том, что процесс коррозии уменьшается, но не устраняется полностью. Чтобы избежать коррозии от расплавления золы температура не должна превышать 815°С. Кроме того, в случае наличия серы образуется Μ§δΟ4, что исключает магний из указанных реакций. Сульфат магния является клейким адгезивом к стенкам использующего энергию оборудования и таким образом снижает эффективность получения энергии. Магний используется также в случае газификации топлива с получением синтезгаза, который используется в паровых котлах или в комбинированных циклах, с достижением тех же эффектов, что и в вышеупомянутом уровне техники в прямых камерах сгорания, используя низко качественное топливо, чтобы произвести горячие топочные газы. Однако в этих случаях перед использованием синтезгаза в термодинамическом цикле необходимо обеспечить удаление порошка, формирующегося трудно удаляемыми твердыми потоками (ванадиевый шлам), и осуществить дальнейшие сложные действия по удалению остаточного ванадия, присутствующего в форме ультрадисперсных твердых частиц.Systems for achieving temperatures above 760 ° C are based on pre-treatment of fuel by washing with water to remove alkali metals and the subsequent addition of magnesium sulfate in a weight ratio of MD / ν = 3/1. The disadvantage of this treatment is that a significant contamination of the turbine blades of energy-using devices occurs with a progressive decrease in energy production. In practice, the magnesium / vanadium ratio can at best be 3 / 1-3.5 / 1 for a good balance between corrosion protection and minimal energy loss. However, turbine operation must be interrupted to clean the blades by rinsing. In fact, one part of the modified ash is deposited on the blades of the turbine, the operation of which should be stopped and subjected to washing with water. These cleaning operations require approximately 6 hours, therefore such treatments can only be carried out on turbines that can be intermittently stopped. They also tried to wash them using chopped nutshells in order to speed up the process, however, small advantages were achieved. In the prior art, equipment made of alloy steel, in particular alloys containing nickel and cobalt, was used to improve corrosion resistance. However, an obvious improvement at temperatures of 400-500 ° C was not achieved at temperatures above 700 ° C. Thus, the equipment has a significantly lower period of operation compared to the case when using vanadium-free fuel. As shown in the examples cited in the patent υδ 3817722 (see above), the examples described in this document, the additive allows burning at temperatures up to about 815 ° C. The disadvantage of this additive is the high ratio δίΟ 2 / Μ§Μ, at least 6: 1, necessary in order to achieve a reduction in corrosion. Another disadvantage is that the corrosion process is reduced, but not completely eliminated. To avoid corrosion from the melting of the ash, the temperature should not exceed 815 ° C. In addition, in the presence of sulfur, Μ§δΟ 4 is formed, which excludes magnesium from these reactions. Magnesium sulfate is an adhesive adhesive to the walls of energy-using equipment and thus reduces the efficiency of energy production. Magnesium is also used in the case of gasification of fuels to produce synthesis gas, which is used in steam boilers or in combined cycles, achieving the same effects as in the aforementioned prior art in direct combustion chambers, using low-quality fuel to produce hot flue gases. However, in these cases, before using the synthesis gas in the thermodynamic cycle, it is necessary to ensure the removal of the powder formed by hard to remove solid streams (vanadium sludge), and to carry out further complex actions to remove residual vanadium present in the form of ultrafine particles.

Из предшествующего уровня техники известно, см. статью Е. Косса с1 а1., №ске1 Οχίάβ аз Νρ» ΙηЫЬЬог о£ Vаηаά^ит-^ηάисеά Но! Соггокюп δиρе^а11оу8-Сотρа^^8оη Ю ΜΟΟ-όαδοά 1пЫЬЬог, 1. Ма1. СЬет., 2002, 12, 3766-3772, что использование топлив, содержащих ванадий и натрий, вызывает накопление золы вдоль пути прохождения топочного газа. Эта зола вызывает загрязнение и коррозию вдоль газового пути в результате формирования химически активных соединений, имеющих низкую точку плавления. Используемая в этой публикации добавка формируется из применяемых при температуре до 850-1000°С ΝίΟ-Μ§Ο. Образование ортованадата никеля значительно уменьшает коррозию и отложение золы. Действие Μ§Ο на золу стабилизует ванадий в форме смешанного натрий магниевого ортованадата ΝαΜβ,/νΟ,ιΚ Однако превращение Μ§Ο в сульфат из-за наличия в топливе серы предусматривает, для формирования смешанного ортованадата, подачу в топливо избыточного сульфата магния, адгезионная способность которого известна. В результате на стенках оборудования образуются плотные отложения, что создает известные неудобства. В публикации делается вывод, что ΝίΟ является эффективной альтернативой Μ§Ο в отношении вызываемой ванадием коррозии. Подчеркивается, что окись хрома и окись алюминия образуют соответствующие оротванадаты. Однако эти соединения в расплавленном состоянии также вызывают коррозию, при этом, чем выше количество натрия, тем выше коррозия. Добавка в качестве ингибитора Μ§Ο приводит к образованию смешанного ортованадата, что в свою очередь приводит к снижению коррозии, но при этом из-за избыточного соотношения магний/ванадий увеличивается количество золы, которая также является адгезивом. В публикации указано, что, в отличие от ортованадата магния, никель ортованадат является нечувствительным к наличию натрия. Смешанные натрий и магний ванадаты ΝαΜ§4(νΟ4)3, даже при том, что они являются огнеупорными и инертными соединениями, представляют собой низкоплавкие продукты и вместе со смешанными сульфатами Ν;·ι6Μ§(δΟ,|),|, также низкоплавкими соединениями (точка плавления примерно 500°С), при рабочей температуре оборудования по использованию энергии представляют собой жидкость, вызывают спекание золы и загрязняют стенки оборудования.From the prior art it is known, see the article by E. Kossa s1 a1., No.ske1 Οχίάβ aΝ Νρ »ΙηЫЬог о £ Vаηаά ^ it- ^ ηάiseά But! Soggokuyp δiρе ^ а11о8-Sotρa ^^ 8оη Ю ΜΟΟ-όαδοп 1пЬЬьог, 1. Ма1. Svet., 2002, 12, 3766-3772, that the use of fuels containing vanadium and sodium causes the accumulation of ash along the path of the flue gas. This ash causes pollution and corrosion along the gas path as a result of the formation of chemically active compounds having a low melting point. The additive used in this publication is formed from ΝίΟ-Μ§Ο used at temperatures up to 850-1000 ° С. The formation of nickel orthovanadate significantly reduces corrosion and ash deposition. The action of Μ§Ο on the ash stabilizes vanadium in the form of mixed sodium magnesium orthovanadate ΝαΜβ, / νΟ, ιΚ However, the conversion of Μ§Ο to sulfate due to the presence of sulfur in the fuel provides, for the formation of mixed orthovanadate, the supply of excess magnesium sulfate to the fuel, adhesion which is known. As a result, dense deposits form on the walls of the equipment, which creates known inconveniences. The publication concludes that ΝίΟ is an effective alternative to Μ§Ο with respect to vanadium-induced corrosion. It is emphasized that chromium oxide and alumina form the corresponding orotvanadates. However, these compounds in the molten state also cause corrosion, and the higher the amount of sodium, the higher the corrosion. The addition of Μ§Ο as an inhibitor leads to the formation of mixed orthovanadate, which in turn leads to a decrease in corrosion, but due to the excess magnesium / vanadium ratio, the amount of ash increases, which is also an adhesive. The publication states that, unlike magnesium orthovanadate, nickel orthovanadate is insensitive to the presence of sodium. Mixed sodium and magnesium vanadates ΝαΜ§ 4 (νΟ 4 ) 3 , even though they are refractory and inert compounds, are low melting products and together with mixed sulfates Ν; · ι 6 Μ§ (δΟ, |), |, also low melting compounds (melting point about 500 ° C), at the operating temperature of the equipment for the use of energy, they are liquid, cause ash sintering and contaminate the walls of the equipment.

Из выше вышеупомянутой публикации и из патентной заявки США 2010/0255431 также известно, что разновидности ванадия являются особенно агрессивными в отношении щелочных метаванадатов ΜеVΟ3, где Μе - натрий или калий. Также известно, что ванадий может быть преобразован в такие соединения, как никель и магний ортованадаты (Μ3(νΟ4)2) и пированадаты магния (Μ§ν2Ο7), являющиеся химически и термически очень устойчивыми соединениями. Они полностью инертны и не агрессивны к строительным материалам, и кроме того они каталитически неактивны в нежелательных параллельныхFrom the above-mentioned publication and from US patent application 2010/0255431, it is also known that vanadium species are particularly aggressive against alkaline metavanadates ΜеVΟ 3 , where Μе is sodium or potassium. It is also known that vanadium can be converted into compounds such as nickel and magnesium orthovanadates (Μ 3 (νΟ 4 ) 2 ) and magnesium pyrovanadates (Μ§ν 2 Ο 7 ), which are chemically and thermally very stable compounds. They are completely inert and not aggressive towards building materials, and in addition they are catalytically inactive in undesirable parallel

- 3 028187 реакциях типа преобразования §О2 в §О3 в окислительной среде при температурах в диапазоне 250700°С (то есть в диапазоне использования тепла горячих топочных газов). Однако реакции превращения ванадия в ортованадаты являются медленными и не количественными и ингибируются присутствием железа (например Ре2О3 при образовании ортованадата никеля), подвергаются конкурентным взаимодействиям (например Να2Ο, Ыа24 с ортованадатом магния дают метаванадат) и кроме того подвергаются отрицательному влиянию присутствующей серы (магний, предпочтительно превращается в сульфат). В частности, патентная заявка описывает работу теплового энергоблока, включающего камеру сгорания и турбоэспандер, при подаче топлива, содержащего ванадий, серу и необязательно натрий, в котором бор и магний подают в таком количестве, при котором молярное соотношение натрия 8 = №242О5, магния т=МдО/У2О5 и бора Ь=В2О32О5 является таким, что т > 3+2Ь-8 и т < 3+3Ь-8 и Ь составляет от 0,5 до 3,5, предпочтительно от 1 до 3, при этом продукты сгорания, главным образом, включают ортованадат магния, бор и смесь оксида магния и необязательно бората натрия. Благодаря используемой добавке снижается коррозия и увеличивается температура плавления золы, так что исключается коррозия и формирование липкой жидкой золы. При этом способе камера сгорания может работать при более высоких температурах, чем известные из предшествующего уровня техники, например до 1140°С. В примерах температура в камере сгорания достигает от 1090 до 1120°С. Используемые в этом процессе добавки позволяют реже осуществлять очистку турбины по сравнению с добавками, упомянутыми в предшествующем уровне техники. Также важным является повышение температуры сгорания до 1140°С, в результате чего повышается термодинамический КПД индустриального цикла и снижается количество остановок для очистки. Отмечается, что математическая формула для вышеупомянутого количественного выражения добавок может также включать случай отрицательных значений т, когда 8 имеет более высокое значение. Так или иначе указывается, что недостатком этого процесса является наличие большого количества летучей золы и частота остановок производства для очистки оборудования. В соответствии с этой патентной заявкой необходимо работать при температурах не выше, чем вышеуказанные, чтобы избежать плавления потенциально агрессивных смешанных окисных смесей и особенно их спекания с образованием толстых, трудно удаляемых с оборудования отложений, в особенности с лопастей турбины. В реферате этой патентной заявки описывается применение смешанных оксидов МдОЕуО2, где Е - элемент 111а, 1Уа, 111Ь, 1УЬ, УШ группы или ряда лантаноидов. Второй оксид ЕуО2 может быть выбран из группы, включающей В2О3, А12О3, Ре2О3, 5>Ю2. предпочтительно В2О3, как приведено в примерах. С этой добавкой образуется высокоплавкая, сыпучая, огнеупорная и не липкая зола, которая может быть легко удалена сухой чисткой или промывкой водой. Соотношения, которые должны использоваться между оксидом магния и вторым оксидом, указаны в вышеупомянутых уравнениях. Использование этих смешанных оксидов обеспечивает эффективную защиту магния от влияния серы (с образованием сульфата) благодаря предпочтительному преобразованию в смешанный борат и исключает формирование опасного метаванадата натрия, с целью увеличения температуры плавления золы, как указано выше, начиная с молярного соотношения магний/ванадий (МдО/У2О5) 7 (при стехиометрическом соотношении 3) до молярного соотношения 9, чтобы получить максимальное увеличение (1140°С) температуры плавления/спекания летучей золы и избежать коррозии в присутствии жидкой летучей золы. Указывается, что хотя получаемая зола является не очень липкой (в отличии от липкой золы Мд§О4) и не плавкой (не клейкой до температуры 1140°С), однако недостаток упомянутых добавок заключается в том факте, что для того, чтобы перевести ванадий в инертное состояние, используются высокие дозы МдО, к которым добавляют В2О3 (молярное соотношение В2О32О5 равно 3). Поэтому, даже если описанная добавка является более усовершенствованной с точки зрения более высокой температуры сгорания, до 1140°С, и менее липкой золы (обнуление сульфата Мд), это однако подразумевает высокие дозы добавок (как сумма МдО и В2О3) и как следствие наличие значительных количеств летучей золы в топочных газах с известными проблемами для технологического использования топочных газов.- 3 028187 reactions of the transformation type §О 2 to §О 3 in an oxidizing medium at temperatures in the range of 250,700 ° С (that is, in the range of heat use of hot flue gases). However, the reactions of the conversion of vanadium to orthovanadates are slow and not quantitative and are inhibited by the presence of iron (for example, Fe 2 O 3 during the formation of nickel orthovanadate), undergo competitive interactions (for example Ν α 2 Ο, Na 2 8O 4 with magnesium orthovanadate give metavanadate) and, in addition, undergo metavanadate) the negative effects of sulfur present (magnesium is preferably converted to sulfate). In particular, the patent application describes the operation of a thermal power unit, including a combustion chamber and a turboexpander, when supplying fuel containing vanadium, sulfur and optionally sodium, in which boron and magnesium are supplied in such an amount that the molar ratio of sodium is 8 = No. 2 8 O 4 / Y 2 O 5 , magnesium m = MdO / Y 2 O 5 and boron b = B 2 O 3 / Y 2 O 5 is such that m> 3 + 2L-8 and m <3 + 3L-8 and L is from 0.5 to 3.5, preferably 1 to 3, the combustion products mainly including magnesium orthovanadate, boron and a mixture of magnesium oxide and optionally sodium borate . Thanks to the additive used, corrosion is reduced and the melting temperature of the ash is increased, so that corrosion and the formation of sticky liquid ash are eliminated. With this method, the combustion chamber can operate at higher temperatures than those known from the prior art, for example up to 1140 ° C. In the examples, the temperature in the combustion chamber reaches from 1090 to 1120 ° C. The additives used in this process allow less frequent cleaning of the turbine compared to the additives mentioned in the prior art. It is also important to increase the combustion temperature to 1140 ° C, as a result of which the thermodynamic efficiency of the industrial cycle is increased and the number of stops for cleaning is reduced. It is noted that the mathematical formula for the above quantitative expression of additives may also include the case of negative values of m, when 8 has a higher value. One way or another, it is indicated that the disadvantage of this process is the presence of a large amount of fly ash and the frequency of production shutdowns for cleaning equipment. In accordance with this patent application, it is necessary to work at temperatures not higher than the above, in order to avoid melting of potentially aggressive mixed oxide mixtures and especially their sintering with the formation of thick deposits that are difficult to remove from the equipment, especially from the turbine blades. The abstract of this patent application describes the use of mixed MgOE oxides of O 2 , where E is an element 111a, 1Ua, 111b, 1Ub, VL group or a number of lanthanides. The second oxide E y O 2 may be selected from the group consisting of B 2 O 3, A1 2 O 3, Fe 2 O 3, 5> U 2. preferably In 2 About 3 , as shown in the examples. With this additive highly melting, loose, refractory and non-sticky ash is formed, which can be easily removed by dry cleaning or washing with water. The ratios to be used between magnesium oxide and the second oxide are indicated in the above equations. The use of these mixed oxides provides effective protection of magnesium from the influence of sulfur (with the formation of sulfate) due to the preferred conversion to mixed borate and eliminates the formation of hazardous sodium metavanadate, in order to increase the melting temperature of ash, as described above, starting from a molar ratio of magnesium / vanadium (MgO / V 2 O 5) 7 (at a stoichiometric ratio of 3) to a molar ratio of 9 to get maximum increase (1140 ° C) melting / sintering of the fly ash and to avoid corrosion etc. presence of liquid fly ash. It is indicated that although the resulting ash is not very sticky (in contrast to the sticky ash MgO 4 ) and not melting (not sticky to a temperature of 1140 ° C), however, the drawback of these additives is the fact that in order to transfer vanadium in an inert state, high doses of MDO are used, to which B 2 O 3 is added (the molar ratio of 2 O 3 / Y 2 O 5 is 3). Therefore, even if the described additive is more advanced in terms of a higher combustion temperature, up to 1140 ° C, and less sticky ash (zeroing of sulfate MD), this however implies high doses of additives (as the sum of MdO and B 2 O 3 ) and how the consequence is the presence of significant quantities of fly ash in flue gases with known problems for the technological use of flue gases.

Неэффективность описанного предшествующего уровня техники в отношении добавок к ванадий содержащим топливам привели к другим решениям, типа прямой предварительной обработки топлива для того, чтобы активизировать процессы по устранению коррозии из-за ванадия.The inefficiencies of the prior art described with respect to additives for vanadium-containing fuels have led to other solutions, such as direct fuel pretreatment, in order to activate processes for eliminating corrosion due to vanadium.

См. например, патент И8 2884369, где фракции, содержащие тяжелые металлы и ванадий, обрабатывают активированным углем, имеющим высокую удельную поверхность, для того, чтобы удалить железо, никель и ванадий при температурах до приблизительно 400°С. Эта температура является специфической для селективного удаления загрязняющих металлов а также позволяет избежать крекинга тяжелых углеводородов нефти.See, for example, I8 patent 2884369, where fractions containing heavy metals and vanadium are treated with activated carbon having a high specific surface in order to remove iron, nickel and vanadium at temperatures up to about 400 ° C. This temperature is specific for the selective removal of contaminating metals and also avoids cracking of heavy oil hydrocarbons.

Другой тип предварительной обработки раскрыт в патенте И8 4116820, который описывает процесс удаления тяжелых металлов, таких как никель и ванадий, из тяжелых углеводородов нефти путем предварительной обработки окисленными активированными углями при температурах от 370 до 450°С.Another type of pretreatment is disclosed in I8 patent 4116820, which describes the process of removing heavy metals, such as nickel and vanadium, from heavy oil hydrocarbons by pretreatment with oxidized activated carbons at temperatures from 370 to 450 ° C.

Патент И8 6013176 описывает способ удаления тяжелых металлов из минерального масла, используя гидроокиси и карбонаты металлов первой и второй группы в присутствии газа, содержащего кислород, и агента фазового переноса при температуре от 100 до 180°С.Patent I8 6013176 describes a method for removing heavy metals from mineral oil using hydroxides and carbonates of metals of the first and second groups in the presence of a gas containing oxygen and a phase transfer agent at a temperature of from 100 to 180 ° C.

Патент И8 6372124 описывает процесс очистки углеводородов с использованием абсорбента, состоящего из (вес.%) 50-96% оксида алюминия и 50-4% оксида кальция и оксида магния, где весовое со- 4 028187 отношение СаО:МдО составляет 90:10 до 50:50, удельная поверхность составляет более 100 м2/г и предварительная обработка проводится при температуре между 20 и 450°С.Patent I8 6372124 describes a hydrocarbon purification process using an absorbent consisting of (wt.%) 50-96% alumina and 50-4% calcium oxide and magnesium oxide, where the weight ratio of CaO: MDO is 90:10 to 50:50, the specific surface is more than 100 m 2 / g and pre-treatment is carried out at a temperature between 20 and 450 ° C.

В патенте ИЗ 7947167 описывается способ очистки низкосортного топлива от ванадия, никеля и других металлов путем контактирования тяжелых углеводородных фракций с абсорбентом, имеющим высокую удельную поверхность, таким как например оксид алюминия, гидрат окиси алюминия, окись молибдена, нефтяной кокс, активизированный уголь, цеолиты, глины, силикаты, неорганические окиси или их комбинации.Patent FROM 7947167 describes a method for purifying low-grade fuel from vanadium, nickel and other metals by contacting heavy hydrocarbon fractions with an absorbent having a high specific surface area, such as, for example, alumina, alumina hydrate, molybdenum oxide, petroleum coke, activated carbon, zeolites, clays, silicates, inorganic oxides, or combinations thereof.

В патенте ИЗ 5358634 описывается способ удаления металлов из тяжелой нефти обработкой водородом на активированном угле при температурах от 260 до 649°С и давлении от 0 до 272 атм.Patent FROM 5358634 describes a method for removing metals from heavy oil by treating with hydrogen on activated carbon at temperatures from 260 to 649 ° C. and a pressure from 0 to 272 atm.

Патент ИЗ 7264710 описывает процесс удаления ванадия обработкой тяжелых углеводородных фракций в сверхкритических условиях в присутствии воды и окислителя. Процесс проводят при температуре 350-600°С, осуществляя реформинг углеводородной фазы и окисление ванадия, который удаляется в присутствии добавки (кальций или железо), с которой ванадий образует смешанные оксиды.Patent FROM 7264710 describes a vanadium removal process by treating heavy hydrocarbon fractions under supercritical conditions in the presence of water and an oxidizing agent. The process is carried out at a temperature of 350-600 ° C, carrying out the reforming of the hydrocarbon phase and the oxidation of vanadium, which is removed in the presence of an additive (calcium or iron), with which vanadium forms mixed oxides.

Описанные в предшествующем уровне техники предварительные обработки топлива в основном эффективны для удаления никель-ванадия из легких фракций, но менее эффективны при обработке тяжелых углеводородов нефти (асфальтены, петролены), когда соотношение С/Н увеличивается. Эти предварительные обработки однако значительно увеличивают сложность всего процесса использования этих топлив и требуют использования специализированных предприятий.The fuel pretreatments described in the prior art are mainly effective for removing nickel-vanadium from light fractions, but are less effective in the treatment of heavy oil hydrocarbons (asphaltenes, petrolenes) when the C / H ratio increases. These pre-treatments, however, significantly increase the complexity of the entire process of using these fuels and require the use of specialized enterprises.

Таким образом существует потребность в разработке способа сжигания, обеспечивающего прямое использование низкокачественных углеводородных фракций и топливных остатков, содержащих ванадий в количестве (вес.) от 50 до 5000 ррт или выше, при высоких температурах сгорания, выше 1140°С, без указанных выше известных недостатков из-за агрессивности ванадия по отношению к материалам оборудования без использования значительных количеств добавок и в любом случае без получения топочных газов с высокими концентрациями летучей золы, и обеспечивающего технологическое применение горячих топочных газов в потребляющих энергию устройствах или оборудовании по крайней мере в течение 8000 ч/год без опасных выбросов тяжелых металлов в окружающую среду, без существенного повреждения/коррозии камеры сгорания и строительного материала оборудования в случае термического воздействия при производстве пара или тепла, без существенного наличия остаточной агрессивной золы при использовании находящихся под давлением горячих топочных газов, выходящих из камеры сгорания в турбомашины для получения энергии, при котором получают топочные газы с низким содержанием летучей золы, <10 мг/м3 топочного газа на сухую массу, и незначительными количествами несгораемых остатков с концентрацией ООУ <1 ррт вес, ПАУ <10-4 ррт вес, при отсутствии сажи, количестве ванадия или его соединений ниже, чем 1 мг/м3 топочного газа на сухую массу, и, по меньшей мере, не определяемого по данным рентгеноструктурного анализа (РСА) в форме ИаУОз, и в форме У2О5 в количестве <0,01 мг/м3 топочного газа на сухую массу, где указанные топочные газы не агрессивны по отношению к строительным материалам оборудования и не вызывают снижение эффективности из-за загрязнения липкими осаждениями стен используемого для теплообмена в камере сгорания оборудования.Thus, there is a need to develop a combustion method that provides direct use of low-quality hydrocarbon fractions and fuel residues containing vanadium in an amount (wt.) Of from 50 to 5000 ppm or higher, at high combustion temperatures, above 1140 ° C, without the above-mentioned disadvantages due to the aggressiveness of vanadium in relation to equipment materials without the use of significant quantities of additives and in any case without the production of flue gases with high concentrations of fly ash, and providing technological use of hot flue gases in energy-consuming devices or equipment for at least 8000 h / year without hazardous emissions of heavy metals into the environment, without significant damage / corrosion to the combustion chamber and building material of the equipment in the event of thermal effects in the production of steam or heat, without significant residual aggressive ash when using pressurized hot flue gases exiting the combustion chamber into turbomachines to obtain nergii, wherein the flue gases is obtained with a low content of fly ash, <10 mg / m 3 of flue gas by dry weight, and minor amounts of incombustible residues TOC concentration <1 ppm by weight, PAHs <10 -4 ppm by weight, in the absence of carbon black, the amount of vanadium or its compounds is lower than 1 mg / m 3 of flue gas per dry weight, and at least not determined by X-ray diffraction analysis (XRD) in the form of UaO3, and in the form of U 2 O 5 in an amount of <0, 01 mg / m 3 flue gas on a dry mass, where these flue gases are not aggressive with respect to other materials and do not cause a decrease in efficiency due to contamination by sticky deposits of the walls used for heat transfer in the combustion chamber of the equipment.

Заявитель неожиданно нашел решение вышеупомянутой технической проблемы; это способ сжигания, способный химически количественно превращать ванадий в не агрессивные инертные продукты.The applicant unexpectedly found a solution to the aforementioned technical problem; it is a combustion method capable of chemically quantifying vanadium into non-aggressive inert products.

Объектом настоящего изобретения является способ окси-сжигания низко качественных, используемых в качестве топлива газообразных, жидких, твердых, необязательно твердо-плавких углеводородных фракций, содержащих ванадий в весовом количестве от 50 до 5000 ррт или выше, в которые добавляют магний в виде оксида, или водорастворимой соли, или в виде соединения магния, образующего МдО в процессе сгорания, камера сгорания является огнеупорной, изотермической или квазиизотермической, беспламенной, работающей при температуре 1250-1450°С, под давлением, где окислителем является кислород, окислитель используется в смеси с водой или паром, мольное соотношение окислитель: (вода/пар) составляет приблизительно от 1:0,4 и до 1:3, или окислитель используется в смеси с рециркулирующими дымовыми или топочными газами, поступающими из использующих энергию устройств, количество вода/пар составляет выше 30 об.% путем необязательного добавления воды к рециркулирующим дымовым или топочным газам при молярном соотношении окислитель:(вода/пар) в топочных газах как указано выше; углеводородную фракцию подают в смеси с водой или паром в количестве вода/пар равном по крайней мере 30 вес.%. по отношению к углеводородной фракции.The object of the present invention is a method for the oxy-burning of low-quality gaseous, liquid, solid, optionally fusible hydrocarbon fractions containing vanadium in a weight quantity of 50 to 5000 ppm or higher, to which magnesium is added in the form of oxide, or a water-soluble salt, or in the form of a magnesium compound forming MdO during the combustion process, the combustion chamber is refractory, isothermal or quasi-isothermal, flameless, operating at a temperature of 1250-1450 ° C, under pressure, de oxidizing agent is oxygen, the oxidizing agent is used in a mixture with water or steam, the molar ratio of oxidizing agent: (water / steam) is from about 1: 0.4 to 1: 3, or the oxidizing agent is used in a mixture with recirculating flue or flue gases of energy-using devices, the amount of water / steam is above 30 vol.% by optionally adding water to the recycle flue or flue gases at a molar ratio of oxidizer: (water / steam) in the flue gas as described above; the hydrocarbon fraction is fed in a mixture with water or steam in an amount of water / steam equal to at least 30 wt.%. in relation to the hydrocarbon fraction.

Давление в камере сгорания предпочтительно составляет выше или равно, приблизительно, от 102 кПа до, приблизительно, 5000 кПа, предпочтительно выше или равно, приблизительно от 200 до приблизительно 3500 кПа.The pressure in the combustion chamber is preferably greater than or equal to from about 102 kPa to about 5000 kPa, preferably greater than or equal to from about 200 to about 3500 kPa.

Используемый кислород представляет собой чистый кислород или технический кислород, имеющий титр по кислороду выше 80 об.% Доведение до 100% осуществляют инертными газами и/или азотом.The oxygen used is pure oxygen or technical oxygen having an oxygen titer above 80% vol. Bringing up to 100% is carried out with inert gases and / or nitrogen.

Технический кислород получают из воздуха криогенной дистилляцией, или селективным поглощением на цеолитах, или разделением на керамических мембранах при высокой температуре и т.д. Технический кислород доступен на рынке.Technical oxygen is obtained from air by cryogenic distillation, or by selective absorption on zeolites, or by separation on ceramic membranes at high temperature, etc. Technical oxygen is available on the market.

В процессе оксисжигания преимущественно используют технический кислород с содержанием ки- 5 028187 слорода >98,5 об.% Может также использоваться кислород, имеющий титр 92-94% У8А (ВКА - вакуумная короткоцикловая абсорбция) и 88-92% УР8А (НВКА - напорно-вакуумная короткоцикловая абсорбция). Кислород в процессе настоящего изобретения обычно используют в избытке относительно стехиометрического количества, требуемого для реакции. В топочных газах предпочтительно присутствует от 1 до 3 мол.% непревращенного кислорода.In the process of oxy-combustion, technical oxygen is predominantly used with an oxygen content of 5–18187 sulphide> 98.5 vol.%. Oxygen having a titer of 92-94% U8A (BKA - vacuum short-cycle absorption) and 88-92% UR8A (NVKA - pressure -vacuum short-cycle absorption). Oxygen in the process of the present invention is usually used in excess relative to the stoichiometric amount required for the reaction. In the flue gases, preferably 1 to 3 mol% of unconverted oxygen is present.

Камера сгорания работает в квазиизотермических условиях, когда во всех ее внутренних зонах температура в градусах Цельсия изменяется не более чем на ±5% относительно основной температуры сгорания. Это означает, что практически камера сгорания не имеет значимых холодных зон.The combustion chamber operates in quasi-isothermal conditions, when in all its internal zones the temperature in degrees Celsius changes by no more than ± 5% relative to the main combustion temperature. This means that in practice the combustion chamber has no significant cold zones.

В качестве соединений магния, образующих МдО в процессе сжигания, используют как растворимые в воде соли, например М§8О4, так и не растворимые в воде соли. Последние подают в камеру сгорания в форме водных суспензий.As magnesium compounds forming MDO during the combustion process, both water-soluble salts, for example Mg 8 O 4 , and water-insoluble salts are used. The latter are fed into the combustion chamber in the form of aqueous suspensions.

Молярное соотношение Мд:У, где ванадий означает содержащийся в топливе ванадий, предпочтительно находится в диапазоне 1:1-2:1, более предпочтительно от 1,25:1 до 1,75:1.The molar ratio MD: Y, where vanadium means vanadium contained in the fuel, is preferably in the range of 1: 1-2: 1, more preferably from 1.25: 1 to 1.75: 1.

Сажа означает органический топливный материал в форме агрегатов, имеющих размер частиц от 10 нм до, приблизительно, 10 мкм, более конкретно, обогащенные кислородом органические макромолекулы на основе углерода и водорода (частично разложившиеся за счет окислительных реакций углеводородные макромолекулы), остающиеся в точных газах вследствие неполного сгорания.Soot means an organic fuel material in the form of aggregates having a particle size of from 10 nm to about 10 microns, more specifically, oxygen-enriched organic macromolecules based on carbon and hydrogen (partially decomposed hydrocarbon macromolecules due to oxidative reactions) remaining in the exact gases due to incomplete combustion.

Под щелочными металлами (Ма) имеются ввиду металлы первой группы периодической системы, в основном натрий.Alkali metals (Ma) mean metals of the first group of the periodic system, mainly sodium.

В случае, когда в топливе присутствуют щелочные металлы и молярное соотношение Ма:У предпочтительно ниже или равно 1:3, образуются смешанные и инертные ортованадаты Ма, в частности Να и Мд. В присутствии Ма предпочтительно работать с избытком магния, близкому к верхнему пределу вышеупомянутого диапазона Мд:У. Когда количество Ма значительно выше вышеупомянутого диапазона молярных соотношений Ма:У, желательно осуществлять предварительную обработку топлива, например путем деминерализации, чтобы привести содержание этих металлов в вышеуказанные пределы. Эти методы известны в предшествующем уровне техники.In the case where alkali metals are present in the fuel and the molar ratio Ma: Y is preferably lower than or equal to 1: 3, mixed and inert orthovanadates of Ma, in particular Να and MD, are formed. In the presence of Ma, it is preferable to work with an excess of magnesium close to the upper limit of the above range of MD: U. When the amount of Ma is significantly higher than the aforementioned range of the molar ratios of Ma: Y, it is desirable to pre-treat the fuel, for example by demineralization, to bring the content of these metals to the above limits. These methods are known in the prior art.

В случае, когда в исходном топливе присутствуют другие тяжелые металлы, отличные от ванадия, такие как, например, никель, железо и кобальт, в камере сгорания настоящего изобретения они превращаются в соответствующие окиси.When other heavy metals other than vanadium, such as, for example, nickel, iron and cobalt, are present in the feed fuel, they are converted into the corresponding oxides in the combustion chamber of the present invention.

Заявитель неожиданно обнаружил, что вышеупомянутые окиси промотируют превращение соединений ванадия в ортованадаты, которые, как известно, являются устойчивыми и не агрессивными соединениями. Количество этих присутствующих в топливе металлов эквивалентно эквимолярному количеству магния, обычно используемого для превращения ванадия в ортованадаты.Applicant has unexpectedly discovered that the aforementioned oxides promote the conversion of vanadium compounds to orthovanadates, which are known to be stable and non-aggressive compounds. The amount of these metals present in the fuel is equivalent to the equimolar amount of magnesium commonly used to convert vanadium to orthovanadates.

Количество смешиваемых с топливом воды или пара предпочтительно составляет не выше 80-90 вес.%. по отношению к весу углеводородной фракции. Добавление воды выше этого предела может значительно ухудшить эффективность извлечения тепла. Предпочтительно камера сгорания работает при температурах в диапазоне 1300-1400°С.The amount of water or steam miscible with the fuel is preferably not higher than 80-90% by weight. in relation to the weight of the hydrocarbon fraction. Adding water above this limit can significantly impair the efficiency of heat recovery. Preferably, the combustion chamber operates at temperatures in the range 1300-1400 ° C.

Из твердых топлив могут использоваться нагретые до расплавленного или сжиженного состояния твердые углеводороды, которые подают в камеру сгорания в виде вязкой жидкости.From solid fuels, solid hydrocarbons heated to a molten or liquefied state can be used, which are supplied to the combustion chamber as a viscous liquid.

Твердые топлива также могут подаваться в камеру сгорания после газификации.Solid fuels can also be fed into the combustion chamber after gasification.

Примерами используемых твердых низко качественных углеводородных фракций являются асфальтены, петролены, углистые вещества (в основном соединения, имеющие высокое соотношения углерод/водород), нефтяной кокс, карбонизованные остатки (напр. РОХ, частично окисленные углеводороды) нефтехимических процессов, кубовые остатки легкого крекинга.Examples of used solid low-quality hydrocarbon fractions are asphaltenes, petrolenes, carbonaceous substances (mainly compounds having a high carbon / hydrogen ratio), petroleum coke, carbonized residues (e.g. POC, partially oxidized hydrocarbons) of petrochemical processes, light cracking bottoms.

Предпочтительно добавление магния осуществляют путем подачи водного раствора сульфата магния.Preferably, the addition of magnesium is carried out by supplying an aqueous solution of magnesium sulfate.

Добавляемое количество магния зависит от содержания ванадия в топливе. Как указывалось молярное соотношение Мд:У находится в диапазоне от 1:1 до 2:1, но также может достигать 4:1. Могут использоваться более высокие количества. Верхний предел может достигать 10:1 или выше. Однако при этом не достигается какое-либо существенное преимущество для процесса сжигания, но увеличиваются эксплуатационные расходы.The amount of magnesium added depends on the content of vanadium in the fuel. As indicated, the molar ratio MD: Y is in the range from 1: 1 to 2: 1, but can also reach 4: 1. Higher quantities may be used. The upper limit can reach 10: 1 or higher. However, this does not achieve any significant advantage for the combustion process, but increases operating costs.

Из предшествующего уровня техники известны изотермическте и беспламенные камеры сгорания, см. например, поданные заявителем патентные заявки \УО 2005/108867 и \УО 2004/094904, включенные сюда в качестве ссылки.Isothermal and flameless combustion chambers are known from the prior art, see, for example, patent applications filed by the applicant UO 2005/108867 and UO 2004/094904, incorporated herein by reference.

В процессе изобретения время пребывания топлива в камере сгорания предпочтительно составляет от 0,5 с до 30 мин, более предпочтительно от 2 до 10 с. В случае необходимости возможно и более длительное время пребывания.In the process of the invention, the residence time of the fuel in the combustion chamber is preferably from 0.5 s to 30 minutes, more preferably from 2 to 10 s. If necessary, a longer stay is also possible.

У основания камеры сгорания расположен резервуар для сбора расплавленной золы, капающей в него в жидком состоянии. В резервуаре зола охлаждается, например, с помощью водяной бани, и перемещается в стекловидном состоянии в статические сепараторы (отстойники или накопители).At the base of the combustion chamber is a reservoir for collecting molten ash dripping into it in a liquid state. In the tank, the ash is cooled, for example, by means of a water bath, and is moved in a glassy state to static separators (sedimentation tanks or reservoirs).

Согласно изобретению когда полученные в процессе сжигания топочные газы используют для производства энергии путем получения пара или производства тепла для других применений, выходящие изAccording to the invention, when the flue gases obtained in the combustion process are used to generate energy by generating steam or producing heat for other applications, leaving

- 6 028187 камеры сгорания топочные газы охлаждают, смешивая их с холодными рециркулирующими топочными газами (после возврата тепла) в смесителе в таком соотношении горячие топочные газы/холодные топочные газы, чтобы конечная температура газообразной смеси составляла приблизительно 1100 К. Снижение полученной таким способом температуры точной рециркуляцией выходящих из использующих энергию установок топочных газов представляет собой изоэнтальпический процесс и не оказывает никакого воздействия на энергетические характеристики произведенного пара, так как технологическая максимальная температура перегретого пара 8Н, приемлемая турбинами, составляет 903 К. Поэтому это не приводит ни к какому отрицательному влиянию на цикл преобразования тепловой энергии в механическую/электрическую энергию через цикл Рэнкина и обеспечивает определенное преимущество, заключающееся в том, что можно использовать обыкновенное оборудование для извлечения тепла путем теплообмена между топочными газами и водой/паром через стенку, построенное из материалов, традиционно используемых для тех же самых целей на обычных электростанциях.- 6 028187 the combustion chambers cool the flue gases by mixing them with cold recycle flue gases (after heat recovery) in the mixer in such a ratio of hot flue gases / cold flue gases that the final temperature of the gaseous mixture is approximately 1100 K. The exact temperature obtained in this way is reduced The recirculation of flue gases from energy-using plants is an isoenthalpic process and has no effect on the energy performance of steam, since the technological maximum temperature of superheated steam 8H, acceptable by turbines, is 903 K. Therefore, this does not lead to any negative effect on the cycle of conversion of thermal energy into mechanical / electrical energy through the Rankin cycle and provides a certain advantage, namely that ordinary equipment can be used to extract heat by heat exchange between flue gases and water / steam through a wall constructed of materials traditionally used for those ie the most goals at conventional power plants.

Огнеупорная камера сгорания согласно изобретению представляет собой обычную камеру сгорания, предпочтительно на основе глинозема с добавлением приблизительно 10% хрома и приблизительно 4% циркония.The refractory combustion chamber according to the invention is a conventional combustion chamber, preferably based on alumina, with the addition of approximately 10% chromium and approximately 4% zirconium.

Топочные газы, соответствующие чистому газовому продукту сгорания могут быть удалены из кругооборота регулированием давления (например дросселированием) до атмосферного. Обычные доочистки для удаления остаточной золы и снятия кислотности осуществляют, например, путем фильтрации на матерчатом рукавном или мешочном фильтре и нейтрализации промывкой водой с щелочью (известковое молоко). Для удаления и утилизации СО2, в случае если в результате химической реакции образуется немного воды, предпочтительным решением является нейтрализация (промывка) под давлением.The flue gases corresponding to the pure gas product of combustion can be removed from the circuit by regulating the pressure (for example by throttling) to atmospheric. Conventional post-treatment to remove residual ash and acidity is carried out, for example, by filtration on a cloth bag or bag filter and neutralization by washing with water and alkali (milk of lime). To remove and utilize CO 2 , if a little water is formed as a result of a chemical reaction, neutralization (washing) under pressure is the preferred solution.

Предпочтительно часть топочных газов соответствующих чистому газообразному продукту сгорания отводят вниз по потоку смеси и расширяют для осуществления механической работы, а затем направляют на установку для регенерации тепла и атмосферную дообработку топочных газов. Расширение может быть выполнено непосредственно через турбоэспандер, сделанный из обычных строительных материалов, поскольку топочные газы по существу не содержат летучей золы и имеют температуру, приблизительно, 1100 К.Preferably, a portion of the flue gases corresponding to the pure gaseous product of combustion is diverted downstream of the mixture and expanded for mechanical work, and then sent to a heat recovery unit and atmospheric after-treatment of the flue gases. The expansion can be carried out directly through a turbo expander made of conventional building materials, since the flue gases are essentially free of fly ash and have a temperature of approximately 1100 K.

В еще более предпочтительном воплощении регенерации энергии с помощью турбомашины часть топочных газов, соответствующих чистому газообразному продукту сгорания, сразу забирают при выходе из камеры сгорания и направляют в обычную турбомашину, при этом в результате соответствующих технических модификаций охлаждения/защиты металлических поверхностей паровым слоем можно работать с топочными газами до температуры 1300°С с явным преимуществом выхода на цикл энергетической установки. Фактически, этим способом можно комбинировать цикл типа Брайтона-Джоуля с камерой сгорания, находящейся под давлением, например, в 1500 кПа, выпуская горячие топочные газы со скоростью потока равной чистому продукту сгорания непосредственно в турбомашину, с циклом Рэнкина, который забирает тепло от горячих рециркулирующих газов. В этом способе исходя из низко качественных топлив, выходы при преобразовании тепловой энергии в электрическую энергию могут достигать выше 55%.In an even more preferred embodiment of energy recovery using a turbomachine, a part of the flue gases corresponding to a clean gaseous product of combustion is immediately taken away from the combustion chamber and sent to a conventional turbomachine, and, as a result of appropriate technical modifications of cooling / protecting metal surfaces with a steam layer, it is possible to work with flue gases to a temperature of 1300 ° C with a clear advantage of entering the power plant cycle. In fact, in this way it is possible to combine a Brighton-Joule cycle with a combustion chamber under pressure, for example, 1500 kPa, releasing hot flue gases with a flow rate equal to the net combustion product directly into the turbomachine, with a Rankin cycle that takes heat from the hot recirculating gases. In this method, based on low-quality fuels, the outputs when converting thermal energy into electrical energy can reach above 55%.

Способ настоящего изобретения дает возможность использовать вышеупомянутые содержащие ванадий низко качественные топлива в высоко эффективных энергетических установках без существенного влияния на окружающую среду. В противном случае эти топлива практически не пригодны для использования на обычных энергетических установках, поскольку они требуют очень сложного и дорогого оборудования и во всех случаях работают с более низкими выходами.The method of the present invention makes it possible to use the aforementioned low quality fuels containing vanadium in highly efficient power plants without significantly affecting the environment. Otherwise, these fuels are practically unsuitable for use in conventional power plants, since they require very complex and expensive equipment and in all cases work with lower outputs.

В процессе настоящего изобретения ванадий практически количественно извлекается из низко сортных углеводородных фракций. Ванадий выделяют в виде ортованадата и пированадата, среди которых никель ортованадат вместе с расплавленной золой в виде стекловидных, инертных, легко обрабатываемых шариков, имеющих высокую концентрацию полезных металлов V и Νί, широко используется в металлургии.In the process of the present invention, vanadium is practically quantitatively recovered from low grade hydrocarbon fractions. Vanadium is isolated in the form of orthovanadate and pyrovanadate, among which nickel orthovanadate together with molten ash in the form of vitreous, inert, easily processed balls having a high concentration of useful metals V and Νί is widely used in metallurgy.

Способ настоящего изобретения имеет следующие преимущества:The method of the present invention has the following advantages:

ускорение замедленных согласно предшествующему уровню техники реакций до количественного преобразования ν2Ο5 в ортованадаты/пированадаты в условиях газового потока;acceleration of reactions slowed down according to the prior art to the quantitative conversion of ν 2 Ο 5 to orthovanadates / pyrovanadates under gas flow conditions;

сегрегация ванадатов (как орто- так и пированадатов) и смешанных алюмосиликатов в форме расплавленной золы, которая накапливается на огнеупорных стенках камеры сгорания, капает к основанию камеры сгорания и затвердевает в шлаки в форме стекловидных шариков, полезных в качестве концентратов V и Νί в металлургии;segregation of vanadates (both ortho and pyrovanates) and mixed aluminosilicates in the form of molten ash, which accumulates on the refractory walls of the combustion chamber, drips to the base of the combustion chamber and solidifies into slags in the form of glassy balls, useful as concentrates V and Νί in metallurgy;

никель, который присутствует в этих топливах в основном в меньшем количестве относительно ванадия, превращается в никель ортованадат, представляющий собой ценный концентрат для выделения из стекловидных шлаков;nickel, which is mainly present in these fuels in a smaller amount relative to vanadium, is converted to nickel orthovanadate, which is a valuable concentrate for separation from vitreous slags;

отсутствие химического воздействия на огнеупорные материалы камеры сгорания на основе обычного оксида алюминия или глинозема, такого как, например, глинозем, содержащий приблизительно 10% хрома и приблизительно 4% циркония в форме высокообожженных кирпичей;the absence of a chemical effect on the refractory materials of a combustion chamber based on ordinary alumina or alumina, such as, for example, alumina containing about 10% chromium and about 4% zirconium in the form of highly fired bricks;

снижение содержания 8О3 до незначительных величин (приблизительно ниже 2 мг/м3 топочных га- 7 028187 зов считая на сухую массу) и отсутствие агрессивных сернистых конденсатов на металлических стенках теплового оборудования;a decrease in the content of SО 3 to insignificant values (approximately below 2 mg / m 3 of flue gases, counting on a dry mass) and the absence of aggressive sulfur condensates on the metal walls of thermal equipment;

сгорание является исчерпывающим, отсутствие сажи в дымовых газах, ООУ <1 ррт и ПАУ (полиароматические углеводороды, главным образом пирены) <10-4 мг/м3 топочного газа на сухую массу.combustion is exhaustive, the absence of soot in the flue gases, TOC <1 ppm and PAHs (polyaromatic hydrocarbons, mainly pyrenes) <10 -4 mg / m 3 of flue gas per dry weight.

Выходящие из камеры сгорания топочные газы согласно изобретению направляемые в секцию использования тепла, помимо того, что не по существу не содержат сажи и имеют ПАУ и ООУ в пределах вышеупомянутых очень низких пределов, показывают следующие аналитические характеристики:The flue gases leaving the combustion chamber according to the invention directed to the heat utilization section, in addition to being substantially free of soot and having PAHs and TOC within the aforementioned very low limits, show the following analytical characteristics:

содержание летучей золы < 100 мг/м3, предпочтительно < 50 мг/м3 топочного газа на сухую массу, концентрация магния в топочных газах как в форме оксида, так и в форме сульфата составляет <1 мг/м3 топочного газа на сухую массу, что обеспечивает незначительную коррозию и загрязнение стен оборудования камеры сгорания, содержание ванадия в форме инертного ортованадата, в основном Νί и Мд, в форме инертных пированадатов, главным образом Мд, в количествах, выраженных как ванадий, составляет <1мг/м3 топочного газа на сухую массу; кроме того ν2Ο5 (включая субмикронные частицы) < 0,01мг/м топочного газа на сухую массу,the content of fly ash is <100 mg / m 3 , preferably <50 mg / m 3 of flue gas per dry weight, the concentration of magnesium in the flue gases in both oxide and sulfate forms is <1 mg / m 3 of flue gas per dry weight that provides slight corrosion and contamination of the walls of the combustion chamber equipment, the content of vanadium in the form of inert orthovanadate, mainly Νί and MD, in the form of inert pyrovanadates, mainly MD, in amounts expressed as vanadium, is <1 mg / m 3 of flue gas per dry weight; in addition, ν 2 Ο 5 (including submicron particles) <0.01 mg / m of flue gas per dry mass,

3 < 2мг/м3 топочного газа на сухую массу,3 <2mg / m 3 flue gas on a dry mass,

ΝίΟ < 1мг/м3 топочного газа на сухую массу, рентгеноструктурный анализ (РСА) и анализ с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) микроагрегатов показывают отсутствие \а\'О3.ΝίΟ <1 mg / m 3 of flue gas per dry weight, X-ray diffraction analysis (XRD) and scanning electron microscope (SEM) analysis of microaggregates show the absence of \ a \ 'O 3 .

Эти особенности способа настоящего изобретения подтверждаются даже для очень высоких концентраций тяжелых металлов (Сг, V, Νί), используя топлива, содержащие например до 5000 ррт вес. ванадия и 2000 ррт вес. никеля, и такие трудно перерабатываемые топлива, как, например, асфальтены, остаточная каменноугольная зола.These features of the method of the present invention are confirmed even for very high concentrations of heavy metals (Cr, V, Νί), using fuels containing, for example, up to 5000 ppm weight. vanadium and 2000 ppm weight. nickel, and such difficult-to-process fuels, such as asphaltenes, residual coal ash.

Топочные газы с описанными характеристиками снижают загрязнение от липких продуктов на стенах оборудования камеры сгорания до уровней, которые не влияют на их эффективность в течение времени, сопоставимого с эксплуатационными характеристиками обычного промышленного оборудования (8000 ч/г.). Отсутствие загрязнений обусловлено как низким содержанием несгораемых органических остатков, так и низким содержанием сульфата магния.Flue gases with the described characteristics reduce pollution from sticky products on the walls of the combustion chamber equipment to levels that do not affect their efficiency for a time comparable to the performance of conventional industrial equipment (8000 h / g). The absence of pollution is due to both a low content of non-combustible organic residues and a low content of magnesium sulfate.

Помимо отсутствия загрязнений, в соответствии с процессом настоящего изобретения, реакции преобразования ванадия в ортованадаты и пированадаты и очень низкие остаточные количества 8О3 в топочных газах обеспечивают высокий коэффициент эксплуатации. Заявителем было установлено отсутствие процессов коррозии строительных материалов (сталь, нержавеющие сплавы и высококачественные нержавеющие сплавы) как от ванадия, так и от конденсата серной кислоты на оборудовании на спуске камеры сгорания.In addition to the absence of contaminants, in accordance with the process of the present invention, the reactions of the conversion of vanadium to orthovanadates and pyrovanadates and very low residual amounts of 8O 3 in the flue gases provide a high coefficient of operation. The applicant has established the absence of corrosion processes of building materials (steel, stainless alloys and high-quality stainless alloys) both from vanadium and from sulfuric acid condensate on equipment at the descent of the combustion chamber.

Способ настоящего изобретения позволяет уменьшать выброс регулируемых веществ (органические соединения, тяжелые металлы) и снизить, упрощая их, процессы доочистки топочных газов, как обозначено выше. Практически осуществляется только фильтрация на матерчатом фильтре с рециркуляцией фильтрата в качестве питания в установку и нейтрализация (Эе8Ох) направляемого в дымовую трубу топочного газа.The method of the present invention allows to reduce the release of controlled substances (organic compounds, heavy metals) and to reduce, simplifying them, the processes of post-treatment of flue gases, as indicated above. In practice, only filtration is carried out on a fabric filter with recycle of the filtrate as feed to the installation and neutralization (Ee8O x ) of the flue gas directed into the chimney.

Более конкретно, Эе8Ох означает систему десульфуризации, то есть оборудование для нейтрализации оксидов серы в топочных газах.More specifically, Ee8O x means a desulfurization system, i.e. equipment for neutralizing sulfur oxides in flue gases.

В камере сгорания настоящего изобретения имеет место:In the combustion chamber of the present invention takes place:

Ххх - сегрегация в расплавленном состоянии щелочной соли, в частности натриевой соли, со смешанным оксидом (соединения, содержание МО2А12О3, такие как алюмосиликаты), поглощение и формирование стекловидных шлаков в сферические формы, сформированные инертными ванадатами и топливной золой.Xxx - segregation in the molten state of an alkaline salt, in particular sodium salt, with a mixed oxide (compounds, the content of MO 2 A1 2 O 3 , such as aluminosilicates), absorption and the formation of glassy slag into spherical forms formed by inert vanadates and fuel ash.

То же самое имеет место, когда используемое топливо содержит очень высокие концентрации щелочных металлов, как обозначено выше.The same thing happens when the fuel used contains very high concentrations of alkali metals, as indicated above.

Не вдаваясь в теорию, заявитель полагает, что в условиях эксплуатации в процессе сгорания согласно настоящему изобретению имеют место следующие реакции:Without going into theory, the applicant believes that under operating conditions in the combustion process according to the present invention, the following reactions take place:

благодаря беспламенным условиям сгорания устраняется часть критических параметров (не линейные параметры), которые придают хаотичный характер процессу окисления в обычном пламени. Это позволяет распространить процесс окисления на весь объем камеры сгорания предварительно определенным путем с последующим исчерпывающим окислением топлива без образования сажи и снизить ПАУ до незначительных величин;thanks to flameless combustion conditions, some critical parameters (non-linear parameters) are eliminated, which give a chaotic character to the oxidation process in an ordinary flame. This allows you to extend the oxidation process to the entire volume of the combustion chamber in a predefined way, followed by exhaustive oxidation of the fuel without the formation of soot and reduce PAHs to insignificant values;

высокая и однородная температура в камере сгорания содействует разложению сульфата щелочного металла и сульфата магния с получением соответствующих оксидов:high and uniform temperature in the combustion chamber promotes the decomposition of alkali metal sulfate and magnesium sulfate to produce the corresponding oxides:

(где М = Ма при х = 2, и М = Мд при х = 1) и распаду 8О3 с получением 8О2:(where M = Ma at x = 2, and M = MD at x = 1) and the decay of 8О 3 with obtaining 8О 2 :

магний полностью доступен в виде оксида МдО и его количество достаточно для быстрого и исчер- 8 028187 пывающего взаимодействия с У2О5, образующегося в результате термического окисления ванадия, содержащегося в исходном низкокачественном топливе, например, в порфиринах, так как нет никаких конкурентоспособных реакций, в которых мог бы участвовать оксид магния, поскольку единственные конкуренты, щелочные металлы, например натрий, дающие вредные и опасные метаванадаты, исключены из реакции за счет образования смешанных алюмосиликатов. Образуется стабильный и химически инертный магний ортованадат:Magnesium is completely available in the form of MdO oxide and its amount is sufficient for a quick and exhaustive interaction with U 2 O 5 formed as a result of thermal oxidation of vanadium contained in the initial low-quality fuel, for example, in porphyrins, since there are no competitive reactions in which magnesium oxide could participate, since the only competitors, alkali metals, for example sodium, giving harmful and dangerous metavanadates, are excluded from the reaction due to the formation of mixed aluminosilicates. Stable and chemically inert magnesium orthovanadate is formed:

ЗМдО + ν2ο5 -> Мд3У2О8 и магний пированадат:ZMdO + ν 2 ο 5 -> Md 3 U 2 O 8 and magnesium pyrovanadate:

2М§0 + ν2Ο5 -+ Μ§2ν2Ο7;2M§0 + ν 2 Ο 5 - + Μ§ 2 ν 2 Ο 7 ;

ν2Ο5 реагирует количественно и нет необходимости соблюдать определенную стехиометрию Мд-У, поскольку как положительные, так и отрицательные отклонения от стехиометрического количества ортованадата нейтрализуются формированием пированадатов, когда количество Мд находится в недостатке, и формированием смешанных оксидов, когда количество Мд находится в избытке, согласно следующей реакции:ν 2 Ο 5 reacts quantitatively and there is no need to observe a certain stoichiometry of MD-U, since both positive and negative deviations from the stoichiometric amount of orthovanadate are neutralized by the formation of pyrovanadates when the amount of MD is in short supply and by the formation of mixed oxides when the amount of MD is in excess according to the following reaction:

ζΜβΟ + уМрОч (МдО)2 - (МРОЧ)У, где М - металл, отличный от Мд, ζ и у - целые числа, которые смешиваются с расплавленными ортованадатами;ζΜβΟ + уМ р О ч (МДО) 2 - (М Р О Ч ) У , where М is a metal other than Мd, ζ and у are integers that mix with molten orthovanadates;

никель, присутствующий в виде оксида ΝΐΟ, при используемой в камере сгорания температуре быстро соединяется с У2О5 с получением очень устойчивого и инертного ортованадата согласно реакции: 3ΝΪΟ + У2О5 Νΐ3ν2Ο8.nickel present in the form of oxide ΝΐΟ, at the temperature used in the combustion chamber, quickly combines with U 2 O 5 to obtain a very stable and inert orthovanadate according to the reaction: 3ΝΪΟ + U 2 O 5 Νΐ 3 ν 2 Ο 8 .

На эту реакцию влияет только присутствие высоких концентраций оксидов железа в вводимой золе, которые являются конкурентоспособными в формировании ванадатов, но не оказывают никакого практического влияния на содержание ванадия в отводимых из камеры сгорания топочных газах.This reaction is affected only by the presence of high concentrations of iron oxides in the introduced ash, which are competitive in the formation of vanadates, but do not have any practical effect on the vanadium content in the flue gases removed from the combustion chamber.

Кроме того, при предпочтительном температурном диапазоне и достаточном времени пребывания, преимущественно >2 с, в камере сгорания сформированные химические частицы и соединения расплавляются вместе с содержащейся в топливе несгораемой золой (смеси оксидов), подвергаются коалесценции и оседают в виде капелек на стенках камеры сгорания а затем количественно накапливаются (> 99% относительно баланса золы) в основании камеры сгорания.In addition, at a preferred temperature range and a sufficient residence time, mainly> 2 s, in the combustion chamber, the formed chemical particles and compounds are melted together with the fireproof ash contained in the fuel (oxide mixture), undergo coalescence and precipitate in the form of droplets on the walls of the combustion chamber a then accumulate quantitatively (> 99% relative to ash balance) at the base of the combustion chamber.

Не вдаваясь в теорию можно предположить, что в процессе согласно настоящему изобретению достигается условие, при котором реагенты и продукты, обычно подвергаемые почти не управляемым, сложным, множественным реакциям, и разнообразные эксплуатационные режимы в настоящем изобретении являются только выше обозначенными и поэтому очень хорошо управляемыми в беспламенных условиях без существенного формирования других продуктов вниз по потоку камеры сгорания, поскольку остаточная фракция загрязнителей и примесей в отходящих топочных газах очень низка; ниже приведены следующие данные по отношению 1 м3 топочного газа на сухую массу:Without going into theory, it can be assumed that in the process according to the present invention, a condition is achieved under which the reagents and products usually subjected to almost uncontrolled, complex, multiple reactions, and the various operating conditions in the present invention are only indicated above and therefore very well controlled in flameless conditions without significant formation of other products downstream of the combustion chamber, since the residual fraction of pollutants and impurities in the exhaust flue gases very low; the following data are given in relation to 1 m 3 of flue gas per dry weight:

остаток летучей золы <100 мг/м3, где:fly ash residue <100 mg / m 3 , where:

Мд < 1 мг/м3,MD <1 mg / m 3

ЗО3 < 2 мг/м3, ортованадаты и пированадаты, выраженные как V <1 мг/м3 и У2О5 < 0,01 мг/м3, рентгеноструктурный анализ (РСА) и сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) микроагрегатов показывают отсутствие в золе щелочных метаванадатов, в частности №УО3.ZO 3 <2 mg / m 3 , orthovanadates and pyrovanadates, expressed as V <1 mg / m 3 and U2O5 <0.01 mg / m 3 , X-ray diffraction analysis (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) of microaggregates show the absence of ash alkaline metavanadates, in particular No. UO3.

В отходящих топочных газах практически отсутствуют химические продукты, способные вызывать нежелательные побочные реакции, типа например У2О5, ЗО3, МдЗО4, и инактивированы химические разновидности и продукты, которые могут регенерировать ниже по потоку камеры сгорания нежелательные продукты (отсутствие масс-эффекта) даже при уменьшающихся температурах, но в течение относительно более длительного времени пребывания, например, путем реакции окиси магния с образованием снова сульфата (липкая зола) и последующей реакции сульфата магния с пированадатом магния с образованием снова ЗО3.In the flue gas exhaust there are practically no chemical products capable of causing undesirable side reactions, such as, for example, U 2 О 5 , ЗО 3 , МдЗО 4 , and chemical species and products that can regenerate undesirable products downstream of the combustion chamber (lack of mass effect) are inactivated ) even at decreasing temperatures, but during a relatively longer residence time, for example, by reacting magnesium oxide with the formation of sulfate again (sticky ash) and the subsequent reaction of magnesium sulfate magnesium pyrovanadate to form again LP 3.

Заявитель полагает, что в процессе настоящего изобретения помимо выше сказанных положительных эффектов следует учитывать охлаждающее действие на топочные газы камеры сгорания холодных рециркулирующих топочных газов (после утилизации или регенерации тепла). Это представляет собой первое быстрое снижение температуры топочного газа до 1100 К (намного более низкая температура, чем обычная известная из уровня техники температура), что вызывает кинетическое подавление возможных последующих реакций среди продуктов, сформированных в камере сгорания и остаточных топочных газах в температурном диапазоне между 1700 и 1100 К (от камеры сгорания до аппарата для предварительного охлаждения).The applicant believes that in the process of the present invention, in addition to the above said positive effects, the cooling effect on the flue gases of the combustion chamber of cold recirculating flue gases (after heat recovery or recovery) should be taken into account. This represents the first rapid decrease in the temperature of the flue gas to 1100 K (a much lower temperature than the usual temperature known from the prior art), which causes a kinetic suppression of possible subsequent reactions among products formed in the combustion chamber and residual flue gases in the temperature range between 1700 and 1100 K (from the combustion chamber to the apparatus for pre-cooling).

В температурном диапазоне от 1100 до 520 К, основном для использования тепловой энергии, имеет место полная конверсия У2О5, что означает отсутствие У2О5 в топочных газах. С другой стороны в диапазоне 1000-800 К могло бы иметь место полное преобразование ЗО2 в ЗО3, катализируемое У2О5, и таким образом повторное возникновение этого химического продукта, ответственного за разрушительную сернистую коррозию в использующем тепло оборудовании.In the temperature range from 1100 to 520 K, mainly for the use of thermal energy, there is a complete conversion of U 2 O 5 , which means the absence of U 2 O 5 in the flue gases. On the other hand, in the range of 1000–800 K, a complete conversion of GZ 2 to GO 3 catalyzed by U 2 O 5 could take place, and thus the re-emergence of this chemical product, responsible for destructive sulphurous corrosion in heat-using equipment.

- 9 028187- 9 028187

В этой связи следует добавить, что формирование частиц У2О5 в условиях газового потока можно предположить на экспериментальной основе (см. методику (1а) в примерах).In this regard, it should be added that the formation of U 2 O 5 particles under gas flow conditions can be assumed on an experimental basis (see procedure (1a) in the examples).

Несомненно, химия и физическая химия оксидов ванадия очень усложняет их взаимодействия с другими оксидами металлов, всегда присутствующими в топливо/технологических процессах, особенно в случаях топочных газов со сложными характеристиками. Однако были проведены контрольные опыты (без вмешательств). Методика (1а) показывает, что один ванадий при температурах 1300-1400°С может взаимодействовать с оксидом алюминия трубчатого реактора, вызывая слабое окрашивание даже при количественно низком содержании. Ванадий преимущественно превращается в не смачиваемые частицы У2О5 (субмикронного размера), не поддающиеся фильтрации на 0,1 мкм фильтре, которые не возможно удалить обычными методами очищения, даже используя кислотные растворы с высокой окислительной способностью в обычных высокоэффективных контактных фильтрах (склянках Дрекселя). Только используя склянки Дрекселя очень большого размера с очень высокой поверхностью контакта, можно достичь удовлетворительного процента удаления введенного ванадия, равного 70-80%, используя рабочие растворы азотной кислоты с рН 0,5 и доведенные до окислительного потенциала до 1,4 эВ перекисью водорода.Undoubtedly, the chemistry and physical chemistry of vanadium oxides greatly complicate their interactions with other metal oxides that are always present in fuel / processes, especially in the case of flue gases with complex characteristics. However, control experiments were carried out (without interventions). Methodology (1a) shows that vanadium alone at temperatures of 1300-1400 ° C can interact with alumina in a tubular reactor, causing weak staining even at a quantitatively low content. Vanadium predominantly turns into non-wettable particles of U 2 O 5 (submicron size), not amenable to filtration on a 0.1 μm filter, which cannot be removed by conventional purification methods, even using acid solutions with high oxidizing ability in ordinary high-performance contact filters (Drexel flasks ) Only using Drexel flasks of very large size with a very high contact surface can a satisfactory percent removal of introduced vanadium be achieved, equal to 70-80%, using working solutions of nitric acid with a pH of 0.5 and adjusted to an oxidation potential of 1.4 eV with hydrogen peroxide.

Обычно в предшествующем уровне техники сложные взаимодействия У2О5 с другими окисями не позволяют удалять из множества содержащих ванадий, выходящих из камеры сгорания химических продуктов, частицы У2О5 и натрий метаванадат. Напротив, в соответствии с настоящим изобретением достигается количественное преобразование У2О5. Решения, предлагаемые в предшествующем уровне техники, не эффективны для уменьшения воздействия ванадия на материалы оборудования, что подтверждается наличием ванадия ниже по потоку топочного газа даже после нескольких сложных операций, выполняемых на спуске процессов сжигания/газификации, как в случае комбинированного цикла турбогаз, использующего синтезгаз от газификации.Typically, in the prior art, the complex interactions of U 2 O 5 with other oxides do not allow the U 2 O 5 particles and sodium metavanadate to be removed from the plurality of vanadium containing chemicals leaving the combustion chamber. On the contrary, in accordance with the present invention, a quantitative conversion of U 2 O 5 is achieved. The solutions proposed in the prior art are not effective in reducing the effect of vanadium on the equipment materials, which is confirmed by the presence of vanadium downstream of the flue gas even after several complex operations carried out on the descent of combustion / gasification processes, as in the case of a combined cycle gas turbine using syngas from gasification.

Напротив, в соответствии с процессом настоящего изобретения, как было указано, количество У2О5 составляет <0,01мг/м3 топочных газов на сухую массу, то есть фактически ниже предела чувствительности метода анализа, (см., примеры, методики, (1а, 1Ь и 1с)), при отсутствии типичных следов У2О5 согласно данным РСМА (энергодисперсионный рентгено-спектральный микроанализ) и СЭМ. Аналогично метаванадат натрия не обнаруживается в накопленных порошках, собранных с фильтра.On the contrary, in accordance with the process of the present invention, as was indicated, the amount of U2O5 is <0.01 mg / m 3 of flue gases per dry weight, i.e., actually below the sensitivity limit of the analysis method, (see, examples, methods, (1a, 1b and 1c)), in the absence of typical traces of U 2 O 5 according to the RSMA (energy dispersive X-ray spectral microanalysis) and SEM. Similarly, sodium metavanadate is not found in accumulated powders collected from the filter.

Также неожиданно была обнаружено, что при увеличении давления в процессе окси-сжигания до давления настоящего изобретения, даже без существенного модифицирования общего количества остаточной золы в выходящих из камеры сгорания топочных газах, концентрация ванадата наоборот уменьшается. Например, при одинаковой температуре при работе под давлением 11 бар (относительное давление) общее количество остаточной золы немного снижается относительно полученного при давлении 3 бар, в то время как для ванадия (ортованадаты и пированадаты) при тех же самых условиях достигается существенное уменьшение, примерно на уровне 1/3.It was also unexpectedly discovered that when the pressure in the oxy-combustion process is increased to the pressure of the present invention, even without substantially modifying the total amount of residual ash in the flue gases leaving the combustion chamber, the concentration of vanadate, on the contrary, decreases. For example, at the same temperature when working under pressure of 11 bar (relative pressure), the total amount of residual ash decreases slightly compared to that obtained at a pressure of 3 bar, while for vanadium (orthovanadates and pyrovanadates), under the same conditions, a significant decrease is achieved, approximately level 1/3.

В дополнение к аналитическим характеристикам, которые, как указано, исключают наличие в топочных газах нежеланных химических продуктов (МдО, У2О5 и ЫаУО3) до предела чувствительности аналитического метода, их отсутствие подтверждается исследованием используемых в оборудовании и на заводах материалов после многих рабочих циклов, например 2000 ч/г. Осмотр внутренних поверхностей камеры сгорания (огнеупоров) и поверхностей оборудования на спуске показывает, что никаких ухудшений не произошло. Это дальнейшее подтверждение отсутствия агрессивных продуктов, что доказано в свою очередь химической характеристикой выходящих топочных газов. Таким образом не происходит никакого взаимодействия остаточного ванадия с этими материалами (например, углеродистая сталь (С8) и нержавеющая сталь (ΑΙδΙ 304) во всем диапазоне рабочих температур, от 750°С для ΑΙ8Ι 304, и от 380°С для С8 до комнатной температуры.In addition to the analytical characteristics, which, as indicated, exclude the presence of undesirable chemical products (MgO, U 2 O 5 and NaOU 3 ) in the flue gases to the sensitivity limit of the analytical method, their absence is confirmed by the study of materials used in equipment and plants after many working cycles, for example 2000 h / g. Inspection of the internal surfaces of the combustion chamber (refractories) and the surfaces of the equipment on the descent shows that no deterioration has occurred. This is further confirmation of the absence of aggressive products, which is proved in turn by the chemical characteristics of the exhaust flue gases. Thus, there is no interaction of residual vanadium with these materials (for example, carbon steel (C8) and stainless steel (ΑΙδΙ 304) in the entire range of operating temperatures, from 750 ° C for ΑΙ8Ι 304, and from 380 ° C for C8 to room temperature .

Кроме того, получаемые топочные газы по существу не содержат агрессивных продуктов и соединений непосредственно на выходе из камеры сгорания, отсутствие коррозионных явлений на материалах, эрозии от порошков и загрязнений поверхностей, позволяет в целом установить нормы топочных газов, необходимых для регулирования температуры камеры сгорания в условиях окси-сжигания низко качественных тяжелых углеводородных фракций, имеющих высокую теплотворную способность, с рециклом топочных газов, собираемых в контуре охлаждения ниже по потоку регенерации или утилизации тепла, охлаждения топочных газов, выходящих из камеры сгорания, до температуры (700-800°С), совместимой с использованием обычных материалов в оборудовании по регенерации или утилизации тепла, прямым рециклом топочных газов в контур охлаждения при рабочем давлении процесса, не выполняя операций по очистке или удалению нежелательных продуктов, при максимальной термодинамической эффективности и минимальном увеличении эксплуатационных и постоянных или фиксированных затрат.In addition, the resulting flue gases essentially do not contain aggressive products and compounds directly at the outlet of the combustion chamber, the absence of corrosion phenomena on materials, erosion from powders and surface contaminants allows us to generally establish the norms of flue gases necessary to control the temperature of the combustion chamber under oxy-combustion of low-quality heavy hydrocarbon fractions with high calorific value, with recycle of flue gases collected in the cooling circuit downstream heat generation or utilization, cooling of flue gases leaving the combustion chamber to a temperature (700-800 ° С), compatible with the use of conventional materials in heat recovery or utilization equipment, by direct recycle of flue gases to the cooling circuit at the process operating pressure, not performing operations to clean or remove unwanted products, with maximum thermodynamic efficiency and a minimum increase in operating and fixed or fixed costs.

Как уже указывалось, способ настоящего изобретения позволяет обрабатывать углеводородные фракции, характеризующиеся очень переменным содержанием ванадия, в диапазоне величин, позволяющих удаление У2О5 и ЫаУО3 из топочных газов вниз по потоку камеры сгорания без коррозии оборудования на спуске и при отсутствии спекшейся или липкой летучей золы, которая прилипает к стенкам этого оборудования вследствие активации определенных механизмов (стехиометрических, количествен- 10 028187 ных), которые легко приспосабливаются к самым различным типологиям ванадия и щелочного металла (в частности, натрия), содержащимся в топливах. В соответствии с изобретением неожиданно обнаружено отсутствие ухудшения эффективности энергетического оборудования, так как не требуется очистка поверхностей оборудования на спуске в течение даже длительного рабочего периода, например, выше 8000 ч/г.As already indicated, the method of the present invention allows to process hydrocarbon fractions, characterized by a very variable vanadium content, in a range of values that allow the removal of U 2 O 5 and NaaO 3 from the flue gases downstream of the combustion chamber without corrosion of the equipment on the descent and in the absence of sintering or sticky fly ash, which adheres to the walls of this equipment due to the activation of certain mechanisms (stoichiometric, quantitative 10 028187), which easily adapt to a wide variety of types the logic of vanadium and alkali metal (in particular sodium) contained in fuels. In accordance with the invention, unexpectedly, there has been no deterioration in the efficiency of power equipment, since it is not necessary to clean the surfaces of the equipment on the run for even a long working period, for example, above 8000 h / g.

Для количеств ванадия выше чем 5000 ррт подразумеваются концентрации ванадия предпочтительно от приблизительно 6000 до 8000 ррт.For amounts of vanadium higher than 5000 ppm, concentrations of vanadium are meant, preferably from about 6000 to 8000 ppm.

Количество используемых добавок находится в диапазоне от 0,5 до 2%. При желании могут использоваться более высокие величины.The amount of additives used is in the range from 0.5 to 2%. If desired, higher values may be used.

Ниже приведены иллюстрирующие примеры, не ограничивающие объем настоящего изобретения.The following are illustrative examples, not limiting the scope of the present invention.

Примеры Характеристика Аналитические методыExamples Characteristic Analytical Methods

Характеристика микрочастиц в топочных газахCharacterization of microparticles in flue gases

Содержащиеся в топочных газах сгорания микрочастицы собирают посредством импактора Андерсена (Апдегкеп Магк III), оборудованного: одним пресепаратором (циклоном), способным удалять частицы, имеющие аэродинамический диаметр больше 10 мкм, ситами для импактора Андерсена для микрочастиц РМ 10 (частицы размером не более 10 мкм), работающими при потоке пробы 14 л/мин, и фильтрами, способными отделять фракции, имеющие диаметр частиц, соответственно, 10-9 мкм; 9-5,8 мкм; 5,8-4,7 мкм; 4,7-3,3 мкм; 3,3-2,1 мкм; 2,1-1,1 мкм; 1,1-0,7 мкм; 0,7-0,4 мкм.Microparticles contained in the combustion gases are collected by means of an Andersen impactor (Apdegkep Magk III) equipped with: one preservator (cyclone) capable of removing particles having an aerodynamic diameter greater than 10 μm, sieves for Andersen's impactor for PM 10 microparticles (particles no larger than 10 μm ), operating with a sample flow of 14 l / min, and filters capable of separating fractions having a particle diameter of 10-9 μm, respectively; 9-5.8 microns; 5.8-4.7 microns; 4.7-3.3 microns; 3.3-2.1 microns; 2.1-1.1 microns; 1.1-0.7 microns; 0.7-0.4 microns.

Микрочастицы, имеющие размеры ниже чем 0,4 мкм, которые не сохраняются в последней ступени импактора Андерсена, отфильтровывают на слюдяном фильтре для анализа с помощью атомно-силового микроскопа посредством пневматического привода, который собирает, термофоретический эффект, достаточное и статистически значимое количество частиц. Выходящий из импактора газообразный поток затем передается в конденсационную систему образующегося при сгорании пара, где собираются субмикронные микрочастицы вместе с частью микрочастиц, имеющих диаметр ниже 10 нм в количестве между 1 и 10 вес.% от исходной популяции частиц, имеющих наномерные размеры. Фракции частиц после каждой выборки подвергают физико-химическому анализу с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЕМ) и рентгеноструктурного анализа (РСА). Химический анализ отдельных частиц проводят с помощью микроскопа 8ЕМ РНЮР§ ХЬ30, оборудованного тонкой системой РСМА для энергодисперсионной рентгеновской спектрометрии, используя автоматическую систему, способную автоматически обнаруживать частицы в случае, когда порог обнаружения превышен.Microparticles with sizes lower than 0.4 μm, which are not stored in the last stage of the Andersen impactor, are filtered on a mica filter for analysis using an atomic force microscope using a pneumatic drive that collects a thermophoretic effect, a sufficient and statistically significant number of particles. The gaseous stream leaving the impactor is then transferred to the condensation system of the steam generated during combustion, where submicron microparticles are collected together with a part of microparticles having a diameter below 10 nm in an amount between 1 and 10 wt.% Of the initial population of particles having nanoscale sizes. The particle fractions after each sample are subjected to physicochemical analysis using scanning electron microscopy (CEM) and X-ray diffraction analysis (XRD). Chemical analysis of individual particles is carried out using an 8EM RNUR § X30 microscope equipped with a thin PCMA system for energy dispersive X-ray spectrometry using an automatic system capable of automatically detecting particles when the detection threshold is exceeded.

Для каждой из идентифицированных частиц определяли морфологические параметры, измеряя интенсивность полос, типичных для рентгеновского спектра, и пересчитывая в соответствующие атомные концентрации.Morphological parameters were determined for each of the identified particles by measuring the intensity of the bands typical of the X-ray spectrum and counting them in the corresponding atomic concentrations.

Анализ металловMetal analysis

Анализ выполняли с помощью индукционной плазменной спектроскопии, используя 1СР (ИСП) устройство (устройство с индуктивно-связанной плазмой) и ОЕ§ (ОЭС - оптический электронный спектрометр) (Тйегто Е1ес1гои Согрогайоп).The analysis was performed using induction plasma spectroscopy using a 1СР (ICP) device (inductively coupled plasma device) and ОЕ§ (OES - optical electronic spectrometer) (Tiego E1ec1goi Sogrogaiop).

Для твердых фаз соединения анализировали с помощью РСА (ренгенодифракционный анализ), объединенного с ИСП.For solid phases, compounds were analyzed by X-ray diffraction (X-ray diffraction analysis) combined with ICP.

Химический потенциал (эВ).Chemical potential (eV).

Потенциал растворов определяли с помощью потенциометра.The potential of the solutions was determined using a potentiometer.

Анализ сажиSoot analysis

Анализ сажи выполняли с помощью СЕМ микроскопии. Частично сгоревшие молекулы топлива имеют тенденцию агрегироваться в кластеры (микроагрегаты) различного размера и очень неправильной формы.Soot analysis was performed using CEM microscopy. Partially burnt fuel molecules tend to aggregate into clusters (microaggregates) of various sizes and very irregular shapes.

Эти частицы, называемые ценосферы и плеросферы, являются типичными представителями сажи (также известные как Дизельные Частицы или Черный Углерод) и четко идентифицируются с помощью СЕМ микроскопа.These particles, called cenospheres and plerospheres, are typical representatives of soot (also known as Diesel Particles or Black Carbon) and are clearly identified using a CEM microscope.

Оценка результатовEvaluation of the results

Анализ с помощью импактора Андерсена, СЕМ и РСМА показал отсутствие ценосфер и плеросфер. Если они присутствуют, то в количестве ниже пределов чувствительности этих аналитических методов. Исследования другими аналитическими методами приведены в примере 1.Analysis using the Andersen impactor, CEM and PCMA showed the absence of cenospheres and plerospheres. If they are present, then in quantities below the sensitivity limits of these analytical methods. Studies by other analytical methods are shown in example 1.

Другие используемые методы являются обычными и известны квалифицированному в этой области специалисту. Например, топочные газы из реактора обнаруживали с помощью быстродействующего аналитического блока (Т95, 1,5 с), специально разработанного компанией Икйег-Кокетоип!, способного осуществлять мониторинг как больших количеств веществ, СО2, так и микро количеств СО, ΝΟ2, §О2 и ООУ (общий органический углерод, детектор с водородным пламенем). Аналитические блоки анализируют газы при частоте 10 Гц. Регистрируют первоначальный сигнал, пропуская усредненные программные данные. Параллельно проводят мониторинг полного газового цикла топочных газов реактора, как только давление газов достигнет атмосферного давления, группой датчиков РТ1К (инфракрасная спек- 11 028187 троскопия на основе преобразования Фурье), которые обнаруживают Н2О, СО2, ЗО2, СО, N0, ΝΟ2, НС1 при времени ответа 40 с.Other methods used are conventional and are known to those skilled in the art. For example, flue gases from the reactor were detected using a high-speed analytical unit (T95, 1.5 s), specially developed by Ikyeg-Koketoip !, capable of monitoring both large quantities of substances, СО 2 , and micro quantities of СО, ΝΟ 2 , § 2 O 2 and OOU (total organic carbon, hydrogen flame detector). Analytical blocks analyze gases at a frequency of 10 Hz. The initial signal is recorded, skipping the averaged program data. In parallel, a full gas cycle of the reactor flue gases is monitored, as soon as the gas pressure reaches atmospheric pressure, by a group of PT1K sensors (infrared spectroscopy based on Fourier transform 1128187) that detect Н 2 О, СО 2 , ЗО 2 , СО, N0, ΝΟ 2 , HC1 with a response time of 40 s.

Пример 1.Example 1

В резервуар, оборудованный нагревательным элементом и паровым теплообменником, загружали нефтяную фракцию, полученную после стадий очистки тяжелой нефти и собранную со дна установки для легкого крекинга. Калориметрические характеристики углеводородной фракции показывали величину 12 IV (НТС - низшая теплотворная способность) 39350 кДж/кг. Материал, подвергнутый пиролизу при температуре 605°С, содержал 0,67 вес.%. несгораемой золы. Анализ с помощью 1СР-ОЕЗ (ИСП-ОЭС оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой) показывает, что зола главным образом сформирована из глинозема и кварца и небольшого количества кальция.The oil fraction obtained from the heavy oil refining steps and collected from the bottom of the easy cracking unit was charged into a tank equipped with a heating element and a steam heat exchanger. The calorimetric characteristics of the hydrocarbon fraction showed a value of 12 IV (NTS - the lowest calorific value) of 39350 kJ / kg. The material subjected to pyrolysis at a temperature of 605 ° C contained 0.67 wt.%. fireproof ash. Analysis using 1СР-ОЕЗ (ICP-OES optical emission spectrometry with inductively coupled plasma) shows that the ash is mainly formed from alumina and quartz and a small amount of calcium.

Натрий в золе находится в концентрации 1,41 вес.%. Зола содержит также тяжелые металлы, среди которых имеются следующие:Sodium in ash is at a concentration of 1.41 wt.%. Ash also contains heavy metals, among which are the following:

Никель 42 ррт вес.Nickel 42 ppm weight.

Ванадий 287 ррт вес.Vanadium 287 ppm weight.

С помощью шестеренного насоса топливо подавали в 5М\ беспламенную тепловую камеру сгорания, используя в качестве окислителя кислород, имеющий титр 93% об, при 1650 К и давлении 5 бар (600 кПА) и размещали в демонстрационную установку. Расход топлива, определенный с помощью расходомера Кориолиса, составлял 8,2 кг/мин. Введение в камеру сгорания осуществляли посредством форсунки, используя сжатый пар для диспергирования (только диспергирования, не атомизации) вводимой струи. Направляемый в головку форсунки пар поступал от теплового генератора пара, имел давление 1314 бар и скорость потока 65 кг/ч, при этом добавляемая со скоростью 95 кг/ч вода диспергировалось через распылительное устройство.Using a gear pump, fuel was fed into a 5M flameless thermal combustion chamber, using oxygen having a titer of 93% vol. At 1650 K and a pressure of 5 bar (600 kPA) as an oxidizing agent and placed in a demonstration unit. The fuel consumption determined using the Coriolis flowmeter was 8.2 kg / min. The introduction into the combustion chamber was carried out by means of a nozzle, using compressed steam to disperse (only dispersion, not atomization) the injected jet. The steam sent to the nozzle head came from a thermal steam generator, had a pressure of 1314 bar and a flow rate of 65 kg / h, while the water added at a speed of 95 kg / h was dispersed through a spray device.

Кислород, имеющий титр 99,85%, подавали со скоростью потока 18,2 м3/мин. Используемый кислород поступал с криогенного хранилища, оборудованного испарителем. Кислород смешивали со сжатым воздухом, добавляемым со скоростью потока 2,4 м3/мин. Газообразную смесь вводили в поток рециркулирующих топочных газов, подаваемых в камеру сгорания с целью регулирования температуры.Oxygen having a titer of 99.85% was supplied at a flow rate of 18.2 m 3 / min. Used oxygen came from a cryogenic storage equipped with an evaporator. Oxygen was mixed with compressed air added at a flow rate of 2.4 m 3 / min. The gaseous mixture was introduced into the stream of recirculating flue gases supplied to the combustion chamber in order to control the temperature.

С помощью второй впрыскивающей форсунки вводили 0,2 М водный раствор сульфата магния со скоростью 0,33 л/мин.A 0.2 M aqueous solution of magnesium sulfate was injected with a second injection nozzle at a rate of 0.33 L / min.

Демонстрационная установка была снабжена оборудованием согласно известному уровню техники.The demonstration unit was equipped according to the prior art.

Выходящие из камеры сгорания топочные газы охлаждали в аппарате для предварительного охлаждения путем смешивания с рециркулирующими топочными газами до температуры приблизительно 1050 К и направляли в оборудование для регенерации или использования тепла (парогенератор с перегревателем ЗН, испаритель ЕВА и окончательное теплоиспользующее оборудование). На спуске из оборудования для использования и утилизации тепла топочные газы, имеющие температуру приблизительно 520 К, разделяли на рециркулирующие топочные газы (направляемые в камеру сгорания и аппарат для предварительного охлаждения) посредством продувочного насоса и на генераторные топочные газы, направляемые в секцию РОТ (последующей обработки топочных газов), после снижения давления от давления в процессе до давления немного выше атмосферного.The flue gases leaving the combustion chamber were cooled in a pre-cooling apparatus by mixing with recirculating flue gases to a temperature of approximately 1050 K and sent to equipment for heat recovery or use (a steam generator with a superheater ЗН, an EVA evaporator, and final heat-using equipment). On the descent from the equipment for heat utilization and utilization, flue gases having a temperature of approximately 520 K were separated into recirculating flue gases (sent to the combustion chamber and pre-cooling apparatus) by means of a purge pump and into generator flue gases sent to the POT section (subsequent processing flue gas), after reducing the pressure from the pressure in the process to a pressure slightly above atmospheric.

Произведенный перегретый пар ЗН (400°С, 40 бар) прежде, чем быть посланным в конденсатор, подвергали количественному анализу путем калибровки.The produced superheated steam ZN (400 ° C, 40 bar) before being sent to the condenser was subjected to quantitative analysis by calibration.

В РОТ секции топочные газы фильтровали через матерчатый мешочный фильтр с порошкообразным вермикулитовым фильтрующим слоем, затем нейтрализовали известковым молоком (ОсЗОх) с помощью контактного фильтра Вентури и направляли в выводную дымовую трубу.In the MOUTH section, the flue gases were filtered through a cloth bag filter with a powdered vermiculite filter layer, then neutralized with milk of lime (OZO x ) using a Venturi contact filter and sent to the exhaust chimney.

При прохождении секция осуществляли выборку тяжелых металлов посредством импактора Андерсена (см. выше), расположенного между матерчатым фильтром и контактным фильтром Вентури.When passing through the section, heavy metals were sampled using the Andersen impactor (see above) located between the cloth filter and the Venturi contact filter.

Аналитическое оборудование для контроля выбросов из дымовой трубы представляет собой ряд анализаторов, непрерывно забирающих из рециркулирующих газов образцы для анализа после обезвоживания, и состоит изThe analytical equipment for monitoring emissions from the chimney is a series of analyzers that continuously take samples from the recirculating gases for analysis after dehydration, and consists of

РТ1К для определения ЗОХ, СО, кроме ООУ;RT1K for determining ZO X , WITH, except for OOU;

ΝΟΙΚ (недисперсионный инфракрасный газовый анализатор) для массовых компонентов;ΝΟΙΚ (non-dispersive infrared gas analyzer) for bulk components;

НРГО (водородный пламенно-ионизационный детектор) для непрерывного анализа ООУ (общий органический углерод), и циркониевый анализатор кислорода.NRGO (hydrogen flame ionization detector) for continuous analysis of OOU (total organic carbon), and a zirconium oxygen analyzer.

Из проходящих через выводную дымовую трубу топочных газов забирали образцы для определения общего содержания порошков и тяжелых металлов (методики в соответствии с Европейскими нормами).Samples were taken from the flue gases passing through the exhaust chimney to determine the total content of powders and heavy metals (procedures in accordance with European standards).

Тем же самым способом, но партиями в течение 8 ч делали выборки топочного газа для определения диоксинов, фуранов, ПХД (полихлордифенилов), ПАУ.In the same way, but in batches for 8 hours, flue gas samples were taken to determine dioxins, furans, PCBs (polychlorodiphenyls), and PAHs.

Аналитическое оборудование для осуществления выборки партий топочных газов для конкретных исследований порошков (ванадий и помимо никеля, магний) располагали в следующих позициях или точках процесса.Analytical equipment for sampling batches of flue gases for specific studies of powders (vanadium and, in addition to nickel, magnesium) was located at the following positions or points in the process.

Точка 1. Ниже по потоку камеры сгорания, конкретно ниже по потоку аппарата для предварительного охлаждения.Point 1. Downstream of the combustion chamber, specifically downstream of the pre-cooling apparatus.

- 12 028187- 12 028187

Точка 2. Ниже по потоку матерчатого фильтра.Point 2. Downstream of the fabric filter.

Точка 3. Ниже по потоку Ое5Ох (выводная дымовая труба).Point 3. Downstream of Oe5O x (exhaust chimney).

Определение и исследование порошков в топочных газах осуществляли, используя следующие устройства в следующей последовательности, (см. методики (1а) и (1Ь) (см. ниже)): фильтр с кварцевой нитью (размер частиц 0,1 мкм), конденсатор, помещенный в термостатированную баню при 12°С, дрексель, заполненный водой (дрексель 1), дрексель, заполненный кислотой (дрексель 2), и дрексель, обеспечивающий высокое время контакта, заполненный подкисленным до рН 0,5 с помощью азотной кислоты водным раствором, доведенным до окислительного потенциала 1,4 эВ посредством перекиси водорода, и 3 литровый дрексель для извлеченных неконденсируемых фракций.The determination and investigation of powders in flue gases was carried out using the following devices in the following sequence (see methods (1a) and (1b) (see below)): a filter with a quartz thread (particle size 0.1 μm), a capacitor placed in a temperature-controlled bath at 12 ° C, Drexel filled with water (Drexel 1), Drexel filled with acid (Drexel 2), and Drexel, providing a high contact time, filled with an aqueous solution acidified to pH 0.5 with nitric acid, adjusted to the oxidation potential of 1.4 eV by ne hydrogen rexis, and 3 liter Drexel for recovered non-condensable fractions.

Период пробега в процессе сгорания длится 600 ч (25 дней).The mileage in the combustion process lasts 600 hours (25 days).

В конце установку демонтировали в некоторых определенных точках для сбора образцов порошков, выборки керновых проб огнеупорных покрытий и извлечения образцов металлов (различные металлы и сплавы) для дальнейших характеристик.At the end, the unit was dismantled at some specific points to collect powder samples, sample core samples of refractory coatings, and extract metal samples (various metals and alloys) for further characteristics.

Точка 3.Point 3.

Среди величин, аналитически определенных в течение пробега направляемых в выводную дымовую трубу топочных газов, приведены следующие (величины выражены в мг/м3 топочных газов на сухую массу):Among the values analytically determined during the run of flue gases sent to the exhaust chimney, the following are given (values are expressed in mg / m 3 of flue gases per dry weight):

Средняя величина Максимальная величинаAverage value Maximum value

СО 2,3 11СО 2,3 11

ООУ <0,1 0,6.TOC <0.1 0.6.

Ниже приведены средние, аналитически определенные в дымовой трубе (см. выше) величины партии парахлордибензодиоксинов/фуранов (ПХДД/Ф) и полиароматических углеводородов (ПАУ) (8 определений, 5 из которых в первую неделю) по отношению к топочным газам на сухую массу:The following are the average batch sizes of a batch of chimneys (see above) for parachlordibenzodioxin / furan (PCDD / F) and polyaromatic hydrocarbons (PAHs) (8 determinations, 5 of which in the first week) with respect to flue gases per dry weight:

ПХДД/Ф нг 1ТЕ0/м3 0,0003PCDD / F ng 1TE0 / m 3 0,0003

ПАУ мкг/м3 < 0,05 (ПТХ) - 1п1егпайопа1 Тох1С Ецшуа1еп1 ОиапШу).PAHs μg / m 3 <0.05 (PTX) - 1p1egpiopa1 Tox1C Etshua1ep1 Oiapuu).

Для содержащихся в топочных газах порошков были определены следующие средние величины общего количества порошков, Νΐ, Мп и V соответственно, выраженные как мг/м3 топочных газов на сухую массу:For the powders contained in the flue gases, the following average values of the total number of powders were determined, М, Mn and V, respectively, expressed as mg / m 3 of flue gases per dry weight:

Всего порошков 1,2Total Powders 1.2

Тяжелые металлыHeavy metals

Νί 0,008Νί 0.008

Мп 0,002MP 0.002

V <0,001V <0.001

Все другие металлы, имеющие регулируемые выбросы, каждый <0,001 мг/м3.All other metals having controlled emissions, each <0.001 mg / m 3 .

Расход произведенных топочных газов на сухую массу, рассчитанный путем определения скорости потока и исследования состава, составляет 940 м3/ч, включая скорость потока воздуха приблизительно 50 м3/ч, используемого для очистки аналитических инструментов и других деталей.The consumption of flue gases produced per dry mass, calculated by determining the flow rate and studying the composition, is 940 m 3 / h, including an air flow rate of approximately 50 m 3 / h used to clean analytical instruments and other details.

Исследования партии порошков в других точках выборки осуществления процесса для характеристики компонентов (V, Νΐ, Мп) дали следующие средние результаты, выраженные в мг/м3 топочных газов на сухую массу.Studies of a batch of powders at other points in the sampling of the process for characterizing the components (V, Νΐ, Mn) gave the following average results, expressed in mg / m 3 of flue gases per dry weight.

Точка 1.Point 1.

Ниже по потоку камеры сгорания.Downstream of the combustion chamber.

ФильтрFilter

Присутствующие в топочных газах порошки собирали на высушенном и взвешенном керамоволокнистом фильтре (размер 0,1 мкм). Чтобы принять во внимание полный объем высушенного топочного газа 400 л, определенного с помощью объемного счетчика, количество сухого порошка было умножено на фактор 1/0,4=2,5 с получением соответствующей величины, выраженной как мг/м3 топочного газа на сухую массу:Powders present in the flue gases were collected on a dried and suspended ceramic fiber filter (size 0.1 μm). To take into account the total volume of dried flue gas of 400 l, determined using a volumetric counter, the amount of dry powder was multiplied by a factor of 1 / 0.4 = 2.5 to obtain the corresponding value, expressed as mg / m 3 of flue gas to dry weight :

Всего порошков 88.Total powders 88.

КонденсаторCapacitor

В конденсаторе присутствующая в газообразных продуктах сгорания вода конденсируется при точке росы 18°С. Собрали 263 мл конденсата при объеме высушенных топочных газов 400 л. Количество каждого тяжелого металла, найденного в конденсате, умножали на коэффициент 0,236/0,4=0,6575, получая соответствующее количество, выраженное как мг/м3 топочного газа на сухую массу:In the condenser, water present in the gaseous products of combustion condenses at a dew point of 18 ° C. 263 ml of condensate were collected with a dried flue gas volume of 400 l. The amount of each heavy metal found in the condensate was multiplied by a factor of 0.236 / 0.4 = 0.6575, obtaining the corresponding amount, expressed as mg / m 3 of flue gas per dry weight:

- 13 028187- 13 028187

Νί 0,91Νί 0.91

Мд 0,002MD 0.002

V 0,02 (раствор имеет рН 1,1).V 0.02 (the solution has a pH of 1.1).

Содержимое дрекселя 1 + дрексель 2.The contents of Drexel 1 + Drexel 2.

В каждом из двух дрекселей количество раствора составляло 30 мл. Эти растворы были объединены и количество каждого тяжелого металла, выраженное как мг/м3 топочного газа на сухую массу, рассчитывали путем умножения найденной аналитической величины на коэффициент 0,06/0,4=0,15. Были получены следующие величины:In each of the two Drexels, the amount of solution was 30 ml. These solutions were combined and the amount of each heavy metal, expressed as mg / m 3 of flue gas by dry weight, was calculated by multiplying the found analytical value by a coefficient of 0.06 / 0.4 = 0.15. The following values were obtained:

Νί 0,02Νί 0.02

М£ 0,03M £ 0.03

V <0,001.V <0.001.

Дрексель 3.Drexel 3.

Объем раствора в дрекселе 3 составлял 60 мл. Осуществляя расчеты также как для содержания каждого тяжелого металла в дрекселе 1 + дресель 2, были найдены следующие количества тяжелых металлов:The volume of the solution in Drexel 3 was 60 ml. Carrying out calculations as well as for the content of each heavy metal in Drexel 1 + Dresel 2, the following amounts of heavy metals were found:

Νί <0,001Νί <0.001

М§ <0,001Mg <0.001

V <0.001.V <0.001.

Часть собранного на фильтре твердого остатка была отложена, собранные фракции объединили и были выполнены следующие исследования: определение абсолютного состава с помощью ИСП-ОЭС, определение состава фаз с помощью РСА и СЭМ визуализации микроагрегатов.Part of the solid residue collected on the filter was deposited, the collected fractions were combined and the following studies were performed: determination of the absolute composition using ICP-OES, determination of the phase composition using SAR and SEM visualization of microaggregates.

При РСА анализе ν2Ο5 или №УО3 не были обнаружены ни в одной фазе. Анализ с помощью СЭМ показал отсутствие типичных для ν2Ο5 полос. Концентрация ЗО3, определенная для разовых проб рециркулирующих топочных газов, составляла от 0,5 до 1,5 мг/м3 топочного газа на сухую массу. Количество извлеченного из отстойников и собранного в ванну за период работы в течение 600 ч стекловидного шлака составляло немного менее 2 т. Анализ образцов, взятых из разных мешков матерчатого фильтра, показал, что они содержат различные количества алюмосиликатов. Процент ванадия составлял в среднем 4 вес.% и никеля 0,5 вес.%.When X-ray analysis, ν 2 Ο 5 or No. UO 3 were not detected in any phase. SEM analysis showed the absence of bands typical of ν 2 Ο 5 . The concentration of ZO 3 determined for single samples of recirculating flue gases ranged from 0.5 to 1.5 mg / m 3 of flue gas per dry weight. The amount of vitreous slag removed from the sumps and collected in the bath for 600 h was a little less than 2 tons. Analysis of samples taken from different bags of cloth filter showed that they contain different amounts of aluminosilicates. The percentage of vanadium was on average 4 wt.% And nickel 0.5 wt.%.

Выполненный в конце периода работы осмотр демонтированных частей оборудования показал отсутствие каких-либо липких порошков и незначительное количество отложений в мертвых не рабочих зонах. Данные ЭСЗ (РСУ - Распределенная система управления) параметров процесса, свидетельствующие об эффективности теплообмена, показали, что в течение периода работы эффективность остается практически постоянной, совпадающей с предыдущими наблюдениями.An inspection of the dismantled parts of the equipment performed at the end of the work period showed the absence of any sticky powders and an insignificant amount of deposits in non-working dead zones. The data of the ESZ (DCS - Distributed Control System) of process parameters, indicating the efficiency of heat transfer, showed that during the period of operation the efficiency remains almost constant, which coincides with previous observations.

Собранные порошки были проанализированы с помощью РСА и СЭМ. Ни ν2Ο5, ни №УО3 не были обнаружены.The collected powders were analyzed by XRD and SEM. Neither ν 2 Ο 5 nor No. UO 3 were detected.

Специфические характеристики ν2Ο5 примера 1, выполненные в проточном газовом реакторе методика (1а)Specific characteristics ν 2 Ο 5 of example 1 performed in a flowing gas reactor procedure (1a)

В трубчатый реактор диаметром 50 мм, сделанный из глинозема высокой чистоты и термостатированный в нагревательном аппарате при 1400°С, подают газовый поток СО2 и О2 в молярном соотношении 90:10 со скоростью 6,3 л/мин.A gas stream of CO 2 and O 2 in a molar ratio of 90:10 at a rate of 6.3 l / min is fed into a tubular reactor with a diameter of 50 mm made of high purity alumina and thermostatically controlled in a heating apparatus at 1400 ° C.

Через питатель Вентури инжектируют диспергированный в воздушном потоке аэрозоль 0,1 М водного раствора ванадия (раствор νθδΟ4, ванадилсульфат) со скоростью потока 20 мл/ч в течение 8 ч.An aerosol of 0.1 M aqueous solution of vanadium (νθδΟ 4 solution, vanadyl sulfate) with a flow rate of 20 ml / h for 8 hours is injected through a Venturi feeder.

Выходящие из трубчатого реактора газы охлаждают металлическим пальцем, охлаждаемым водой (погружной охлаждающий термостат), подают на стекловолоконный фильтр с размером частиц 0,1 мкм и затем вводят в колбу (конденсатор), помещенную в термостатируемую при 18°С ванну, где конденсируется избыток влаги. К выходу из конденсатора с помощью трубки последовательно присоединяют батарею из трех сосудов типа дрекселя, то есть последовательно дрексель 1, дрексель 2, дрексель 3. В каждом сосуде (дрекселе) газ барботируется через устойчивую водную фазу так, чтобы контакт жидкость/газ происходил с наибольшей эффективностью. Первый присоединенный к конденсатору сосуд (дрексель 1) содержал 30 мл деминерализованной воды, второй (дрексель 2) содержал 60 мл воды, подкисленной до рН 0,5 с помощью азотной кислоты, третий и последний (дрексель 3) содержал 300 мл подкисленной азотной кислотой до рН 0,5 воды с доведенным, с помощью перекиси водорода, окислительным потенциалом 1,4 эВ. Через 8 ч подачу аэрозоля прекращали и реактор выдерживали под слабым потоком сухого воздуха при температуре 1300°С в течение 16 ч.The gases leaving the tube reactor are cooled with a metal finger cooled by water (immersion cooling thermostat), fed to a glass fiber filter with a particle size of 0.1 μm, and then introduced into a flask (condenser) placed in a bath thermostatically controlled at 18 ° C, where excess moisture condenses . A battery of three vessels of the Drexel type is sequentially connected to the outlet of the condenser using a tube, i.e., Drexel 1, Drexel 2, Drexel 3 are sequentially. In each vessel (Drexel) gas is bubbled through a stable aqueous phase so that the liquid / gas contact occurs with the greatest efficiency. The first vessel attached to the condenser (Drexel 1) contained 30 ml of demineralized water, the second (Drexel 2) contained 60 ml of water, acidified to pH 0.5 with nitric acid, the third and last (Drexel 3) contained 300 ml of acidified nitric acid to pH 0.5 of water with an oxidation potential of 1.4 eV adjusted with hydrogen peroxide. After 8 hours, the aerosol supply was stopped and the reactor was kept under a weak stream of dry air at a temperature of 1300 ° C for 16 hours.

Операцию повторяли три раза, в целом подавали 0,048 гМ ванадия, равного приблизительно 2,5 г ванадия.The operation was repeated three times, a total of 0.048 gM vanadium was added, equal to approximately 2.5 g vanadium.

- 14 028187- 14,028,187

В конце испытания трубчатый реактор демонтировали и разобрали на фрагменты. РСА анализ этих фрагментов показал, что количественное проникновение У2О5. в стенки реактора не существенно (ИСП).At the end of the test, the tubular reactor was dismantled and disassembled into fragments. X-ray diffraction analysis of these fragments showed that the quantitative penetration of Y 2 About 5 . into the walls of the reactor is not significant (ICP).

Конденсатор также демонтировали и внутреннюю поверхность колбы, после удаления конденсата с основания колбы, очищали посредством лопаточки, а затем промывали водным раствором кислоты. Затем промывной раствор соединяли с конденсированной жидкой фазой. Конечный объем конденсированной жидкой фазы составил 430 см3. Эту фазу подвергали анализу с помощью ИСП. Аналогично раствор из дрекселя 1 также подвергали ИСП анализу. Концентрация ванадия в проанализированных образцах составляла < 0,01 мкг/л.The condenser was also dismantled and the inner surface of the flask, after removing the condensate from the base of the flask, was cleaned with a spatula and then washed with an aqueous acid solution. Then, the washing solution was combined with the condensed liquid phase. The final volume of the condensed liquid phase was 430 cm 3 . This phase was analyzed using ICP. Similarly, the solution from Drexel 1 was also subjected to ICP analysis. The concentration of vanadium in the analyzed samples was <0.01 μg / L.

Содержавшуюся в дрекселе 2 жидкую фазу также проанализировали с помощью ИСП. Концентрация ванадия составила < 0,01 мкг/л.The liquid phase contained in Drexel 2 was also analyzed using ICP. The concentration of vanadium was <0.01 μg / L.

Следует отметить, что суммирование содержимого дрекселя 1 и дрекселя 2 не оказывает никакого воздействия на массовый баланс ванадия, поскольку концентрация ванадия составляет ниже аналитического предела чувствительности.It should be noted that the summation of the contents of Drexel 1 and Drexel 2 does not have any effect on the mass balance of vanadium, since the concentration of vanadium is below the analytical sensitivity limit.

В дрекселе 3 концентрация ванадия составляла 1,6 мг/л, равных собранному количеству ванадия 0,016 гМ. Умножая количество в г/л на объем раствора (0,3 л) находим, что количество ванадия в дрекселе составляет 0,48 г, что равно приблизительно 20% от введенного ванадия.In Drexel 3, the concentration of vanadium was 1.6 mg / L, equal to the collected amount of vanadium 0.016 gM. Multiplying the amount in g / l by the volume of the solution (0.3 l), we find that the amount of vanadium in Drexel is 0.48 g, which is approximately 20% of the vanadium added.

Вторая часть методики (1а).The second part of the methodology (1a).

Операции проводили в тех же условиях, что и в первой части, но со следующими модификациями: учитывая расход раствора ванадия и транспортного газа, в дрекселе 3 обеспечивали объем раствораThe operations were carried out under the same conditions as in the first part, but with the following modifications: taking into account the flow rate of a solution of vanadium and transport gas, a volume of solution was provided in Drexel 3

450 см3 за счет более эффективной степени дисперсности и более длительного времени контакта так, что при очень высокой эффективности концентрация выделенного ванадия составила 1,98 г/л.450 cm 3 due to a more effective degree of dispersion and a longer contact time so that, at very high efficiency, the concentration of released vanadium was 1.98 g / l.

Массовый баланс составил > 70%, что показывает корпускулярную природу генерируемого в реакционном газовом потоке ν2Ο5. Специфические характеристики ν2Ο5 примера 1, выполненные в проточном газовом реакторе - методика (1Ь)The mass balance was> 70%, which shows the corpuscular nature of ν 2 Ο 5 generated in the reaction gas stream. The specific characteristics of ν 2 Ο 5 of example 1, performed in a flowing gas reactor - method (1b)

В трубчатый реактор такого же типа как и в методике (1а) подают газовый поток СО2 и О2 в молярном соотношении 90:10 со скоростью 6,3 л/мин и непосредственно из баллона аналитически чистый §О2 с нормой расхода 0,01 л/мин.A gas stream of CO2 and O2 is supplied to a pipe reactor of the same type as in procedure (1a) in a molar ratio of 90:10 at a rate of 6.3 l / min and analytically pure §O 2 with a flow rate of 0.01 l / min

Через питатель Вентури инжектируют диспергированный в воздушном потоке аэрозоль водного раствора, полученного смешиванием: 0,1 М νθδθ4 (ванадилсульфат), 0,125 М Мд§О4 (растворимый в воде сульфат магния), чтобы иметь молярное соотношение ванадий:магний 1:1,25, при скорости потока 20 мл/ч. Эксперимент длится 8 ч.An aerosol of an aqueous solution obtained by mixing is injected through a Venturi feeder by mixing: 0.1 M νθδθ 4 (vanadyl sulfate), 0.125 M MgO 4 (water soluble magnesium sulfate) to have a molar ratio of vanadium: magnesium 1: 1, 25 at a flow rate of 20 ml / h. The experiment lasts 8 hours.

Выходящие из трубчатого реактора газы охлаждают, как описано в методике (1а), затем подают на стекловолоконный фильтр с размером частиц 0,1 мкм и последовательно в то же оборудование, что описано в методике (1а), часть вторая, в отношении высокоэффективных дрекселей.The gases leaving the tube reactor are cooled as described in procedure (1a), then fed to a glass fiber filter with a particle size of 0.1 μm and sequentially into the same equipment as described in method (1a), part two, with respect to highly efficient drexels.

Операцию повторяют в тех же условиях и времени процесса, которые описаны в методике (1а), при полной подаче 0,048 гМ ванадия (примерно 2,5 г).The operation is repeated under the same conditions and time of the process as described in procedure (1a), with a full supply of 0.048 gM vanadium (approximately 2.5 g).

В конце испытания трубчатый реактор демонтировали и разобрали на фрагменты. Поверхности фрагментов, формирующих внутреннюю стенку трубчатого реактора, которые в течение испытания были в контакте с аэрозолем ванадилсульфата, при визуальном осмотре имели темно-окрашенный, более утолщенный вид, особенно во внешней части, выходящей из реактора трубы. Однако РСА анализ этих фрагментов не показал проникновение ванадия. РСА анализ темного поверхностного слоя показал наличие только ортованадата и пированадата магния.At the end of the test, the tubular reactor was dismantled and disassembled into fragments. The surfaces of the fragments forming the inner wall of the tubular reactor, which during the test were in contact with a vanadyl sulfate aerosol, had a darker, more thickened appearance upon visual inspection, especially in the outer part leaving the pipe reactor. However, XRD analysis of these fragments did not show vanadium penetration. X-ray diffraction analysis of the dark surface layer showed the presence of only magnesium orthovanadate and pyrovanadate.

Твердый остаток на фильтре был проанализирован с помощью РСА в комбинации с ИСП анализом. Вес собранного твердого остатка составлял 47 мг. После растворения в водной среде ИСП анализ показал, что количество ванадия в собранном остатке составляет 15,6 мг.The solid filter residue was analyzed by X-ray diffraction in combination with ICP analysis. The weight of the collected solid residue was 47 mg. After dissolving in an aqueous medium, ICP analysis showed that the amount of vanadium in the collected residue was 15.6 mg.

Затем демонтировали конденсатор, внутреннюю поверхность тщательно промыли водным раствором кислоты, который затем взвесили и объединили с конденсатом, собранным у основания конденсатора. Объем полученного раствора составил 425 см3.Then the capacitor was dismantled, the inner surface was thoroughly washed with an aqueous acid solution, which was then weighed and combined with the condensate collected at the base of the condenser. The volume of the resulting solution was 425 cm 3 .

ИСП анализ показал, что магний и ванадий присутствуют в промежуточных между стехиометрией ортованадата магния и пированадата магния молярных соотношениях Мд/ν. В собранной фракции количество ванадия составило 0,9 мг.ICP analysis showed that magnesium and vanadium are present in the molar ratios Мд / ν between the stoichiometry of magnesium orthovanadate and magnesium pyrovanadate. The amount of vanadium in the collected fraction was 0.9 mg.

Аналогично была подвергнута ИСП анализу жидкая фаза, содержащаяся в дрекселе 1. Концентрация ванадия, измеренная с помощью ИСП анализа, была ниже чувствительности аналитического предела (< 0,01 мкг/л).The liquid phase contained in Drexel 1 was subjected to ICP analysis in a similar manner. The concentration of vanadium, measured using ICP analysis, was below the sensitivity of the analytical limit (<0.01 μg / L).

Те же самые результаты были получены и для жидких фаз из дрекселя 2 и дрекселя 3 соответственно.The same results were obtained for the liquid phases from Drexel 2 and Drexel 3, respectively.

Заключительный массовый баланс для ванадия составил 96%, учитывая отложения на глиноземе трубчатого реактора и на охлаждающем пальцем.The final mass balance for vanadium was 96%, given the deposits on the alumina of the tubular reactor and on the cooling finger.

Пример 2 (сравнительный).Example 2 (comparative).

Использовали ту же самую 5 М\У1 демонстрационную установку и в тех же, что и в примере 1 условиях, но в качестве топлива использовали тяжелое нефтяное топливо Випкег-С, содержащее 41 ррт ва- 15 028187 надия. Топливо подавали со скоростью 7,8 кг/мин.The same 5 M \ U1 demonstration unit was used under the same conditions as in Example 1, but Vipkeg-S heavy oil fuel containing 41 ppm of vanadium was used as fuel. Fuel was supplied at a rate of 7.8 kg / min.

Сжигание проводили без введения добавок (МдО) при времени пробега 120 ч.Burning was carried out without the introduction of additives (MdO) at a travel time of 120 hours

В конце, после охлаждения и разборки частей оборудования собирали золу, накопившуюся на стенах теплоутилизационного парогенератора и на сгибах трубопровода топочных газов.In the end, after cooling and disassembling parts of the equipment, ash was collected that accumulated on the walls of the heat recovery steam generator and on the bends of the flue gas pipeline.

ИСП-ОЭС анализ этой золы показал, что количество ванадия составляет 2,6 вес.%.ICP-OES analysis of this ash showed that the amount of vanadium is 2.6 wt.%.

РСА также идентифицировал в золе ν2Ο5 и Νανθ3, а СЭМ типичные полосы ν2Ο5.X-ray diffraction also identified ν 2 Ο 5 and Νανθ 3 in the ash, and typical bands ν 2 Ο 5 in the SEM.

В основании экономайзера (ЕСО) (подогреватель), на поверхностях теплообменных труб присутствовали сульфаты железа. Поверхность изделий из легированных материалов (ΑΙδΙ 304Н) ухудшилась изза формирования на поверхности ванадатов никеля (никелевые производные легированных материалов).At the base of the economizer (ECO) (heater), iron sulfates were present on the surfaces of the heat exchange tubes. The surface of products from alloyed materials (ΑΙδΙ 304Н) has deteriorated due to the formation of nickel on the surface of vanadates (nickel derivatives of alloyed materials).

Claims (10)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ сжигания топлива в присутствии окислителя, где исходным топливом являются низкокачественные газообразные, жидкие, твердые, а также твердоплавкие углеводородные фракции, содержащие ванадий в весовом количестве от 50 до 500 ррт или выше, в котором углеводородную фракцию подают в смеси с водой или паром в камеру сгорания при количестве вода/пар по крайней мере 30 вес.% по отношению к углеводородной фракции;1. A method of burning fuel in the presence of an oxidizing agent, where the starting fuel is low-quality gaseous, liquid, solid, as well as hard-melting hydrocarbon fractions containing vanadium in a weight amount of 50 to 500 ppm or higher, in which the hydrocarbon fraction is fed in a mixture with water or steam into the combustion chamber with an amount of water / steam of at least 30 wt.% with respect to the hydrocarbon fraction; при этом в камеру подают следующие добавки:while the following additives are fed into the chamber: магний в виде оксида или в виде соединения магния, образующего МдО в процессе сгорания; при этом камера сгорания является огнеупорной, изотермической или квазиизотермической, беспламенной, работающей при температуре 1250-1450°С под давлением так, что добавки и смесь углеводородной фракции с водой или паром в указанной камере сгорания сжигают в присутствии окислителя, где окислителем является кислород, имеющий титр по кислороду выше 80 об.%, а доведение её до 100% осуществляют инертными газами и/или азотом, причем окислитель используют в смеси с водой или паром при мольном соотношении окислитель: вода/пар, составляющем приблизительно от 1:0,4 и до 1:3, или окислитель используют в смеси с рециркулирующими дымовыми или топочными газами, поступающими из использующих энергию устройств, при этом количество воды/пара в указанных рециркулирующих дымовых или топочных газах, поступающих из использующих энергию устройств, поддерживают выше 30 об.% путем добавлении к ним, при необходимости, воды, и мольное соотношение окислитель: (вода/пар, содержащиеся в указанных рециркулирующих газах) такое же, как указано выше.magnesium in the form of an oxide or in the form of a magnesium compound forming MDO during combustion; wherein the combustion chamber is refractory, isothermal or quasi-isothermal, flameless, operating at a temperature of 1250-1450 ° C under pressure so that additives and a mixture of the hydrocarbon fraction with water or steam in this combustion chamber are burned in the presence of an oxidizing agent, where the oxidizing agent is oxygen, having the oxygen titer is above 80 vol.%, and bringing it to 100% is carried out with inert gases and / or nitrogen, the oxidizing agent being used in a mixture with water or steam at an oxidizing: water / steam molar ratio of approximately but from 1: 0.4 to 1: 3, or the oxidizing agent is used in a mixture with recirculating flue or flue gases coming from energy-using devices, while the amount of water / steam in these recirculating flue or flue gases coming from energy-using devices , support above 30 vol.% by adding to them, if necessary, water, and the molar ratio of the oxidizing agent: (water / steam contained in these recycle gases) is the same as described above. 2. Способ по п.1, где давление в камере сгорания выше или равно от 102 до 5000 кПа.2. The method according to claim 1, where the pressure in the combustion chamber is greater than or equal to from 102 to 5000 kPa. 3. Способ по пп.1-2, где давление в камере сгорания выше или равно от 200 до 3500 кПа.3. The method according to claims 1 to 2, where the pressure in the combustion chamber is higher or equal to from 200 to 3500 kPa. 4. Способ по пп.1-3, где окислителем является чистый кислород или технический кислород, имеющий титр выше 80 об.%.4. The method according to claims 1 to 3, where the oxidizing agent is pure oxygen or technical oxygen having a titer above 80 vol.%. 5. Способ по пп.1-4, где молярное соотношение Мд^ находится в диапазоне 1:1-2:1.5. The method according to claims 1 to 4, where the molar ratio MD ^ is in the range 1: 1-2: 1. 6. Способ по п.5, где молярное соотношение Мд^ находится в диапазоне от 1,25:1 до 1,75:1.6. The method according to claim 5, where the molar ratio MD ^ is in the range from 1.25: 1 to 1.75: 1. 7. Способ по пп.1-6, где температура в камере сгорания составляет от 1300 до 1400°С.7. The method according to claims 1-6, where the temperature in the combustion chamber is from 1300 to 1400 ° C. 8. Способ по пп.1-7, где твердые углеводородные фракции выбирают из асфальтенов, петроленов, углистых веществ, нефтяного кокса, карбонизованных остатков нефтехимических процессов, тяжелых остатков нефтеперерабатывающих заводов.8. The method according to claims 1 to 7, where the solid hydrocarbon fractions are selected from asphaltenes, petrolenes, carbonaceous substances, petroleum coke, carbonized residues of petrochemical processes, heavy residues of oil refineries. 9. Способ по пп.1-8, где добавление магния осуществляют путем введения водного раствора сульфата магния.9. The method according to claims 1 to 8, where the addition of magnesium is carried out by introducing an aqueous solution of magnesium sulfate. 10. Способ по пп.1-9, где время пребывания топлива в камере сгорания составляет от 0,5 с до 30 мин.10. The method according to claims 1 to 9, where the residence time of the fuel in the combustion chamber is from 0.5 s to 30 minutes
EA201500025A 2012-07-24 2013-07-22 Combustion process for fuel containing vanadium compounds EA028187B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000049A ITBA20120049A1 (en) 2012-07-24 2012-07-24 COMBUSTION PROCESS
PCT/EP2013/065393 WO2014016237A1 (en) 2012-07-24 2013-07-22 Combustion process for fuel containing vanadium compounds

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201500025A1 EA201500025A1 (en) 2015-04-30
EA028187B1 true EA028187B1 (en) 2017-10-31

Family

ID=47016737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201500025A EA028187B1 (en) 2012-07-24 2013-07-22 Combustion process for fuel containing vanadium compounds

Country Status (12)

Country Link
US (1) US9677763B2 (en)
EP (1) EP2877559B1 (en)
JP (1) JP6328631B2 (en)
CN (1) CN104487552B (en)
AR (1) AR092033A1 (en)
AU (1) AU2013295146B2 (en)
BR (1) BR112015001061B1 (en)
CA (1) CA2878614C (en)
EA (1) EA028187B1 (en)
HK (1) HK1203544A1 (en)
IT (1) ITBA20120049A1 (en)
WO (1) WO2014016237A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITBA20130084A1 (en) * 2013-12-27 2015-06-28 Itea Spa PRESSURIZED OXYCOMBUSTION PROCESS
IT201700090748A1 (en) 2017-08-04 2019-02-04 Saipem Spa PROCESS AND PRODUCTION PLANT FOR UREA USING CO2 PRODUCED THROUGH BONES-COMBUSTION
DE102018123417A1 (en) * 2018-09-24 2020-03-26 Rwe Power Ag Method for operating a power plant for generating electrical energy by burning a carbon-containing fuel and corresponding system for operating a power plant
WO2022176130A1 (en) * 2021-02-18 2022-08-25 日揮グローバル株式会社 Electric power plant and method for operating electric power plant

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4659339A (en) * 1975-03-31 1987-04-21 Petrolite Corporation Inhibition of corrosion in fuels with Mg/Al/Si combinations
WO1995007408A1 (en) * 1993-09-08 1995-03-16 Siemens Aktiengesellschaft Method of operating a gas turbine using an additive feed
US20070240425A1 (en) * 2004-05-11 2007-10-18 Itea S.P.A. High-Efficiency Combustors with Reduced Environmental Impact and Processes for Power Generation Derivable Therefrom

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB731242A (en) 1950-06-28 1955-06-08 Power Jets Res & Dev Ltd Improvements in or relating to fuel oils and the combustion of fuel oils
US2843200A (en) 1954-05-10 1958-07-15 Gulf Research Development Co Fuel oils
US2884369A (en) 1955-03-01 1959-04-28 Exxon Research Engineering Co Removal of metal contaminants from a hydrocarbon feed
US3817722A (en) 1972-08-17 1974-06-18 Perolin Co Inc Compositions for inhibiting corrosion and ash deposition in fossil fuel burning equipment
CA1047250A (en) * 1974-06-13 1979-01-30 James F. Scott Fuel compositions useful for gas turbines and process for the combustion of such fuel compositions
US4116820A (en) 1977-06-29 1978-09-26 Shell Oil Company Process for demetallizing of heavy hydrocarbons
US4498402A (en) * 1983-06-13 1985-02-12 Kober Alfred E Method of reducing high temperature slagging in furnaces and conditioner for use therein
US5358634A (en) 1991-07-11 1994-10-25 Mobil Oil Corporation Process for treating heavy oil
US5224851A (en) * 1992-05-08 1993-07-06 Shell Oil Company Low NOx burner
EP0606669A1 (en) * 1993-01-14 1994-07-20 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Carbon burn-off process
US6013176A (en) 1998-12-18 2000-01-11 Exxon Research And Engineering Co. Method for decreasing the metals content of petroleum streams
US6206685B1 (en) * 1999-08-31 2001-03-27 Ge Energy And Environmental Research Corporation Method for reducing NOx in combustion flue gas using metal-containing additives
US6372124B2 (en) 2000-01-03 2002-04-16 Saint-Gobain Norpro Corporation Removal of impurities from hydrocarbon streams
JP4768116B2 (en) * 2000-12-15 2011-09-07 千代田化工建設株式会社 Method for producing high purity vanadium compound from carbonaceous residue containing vanadium
JP3724438B2 (en) 2002-03-08 2005-12-07 株式会社日立製作所 Method and apparatus for treating heavy oil with supercritical water, and power generation system equipped with heavy oil treatment apparatus
ITBO20030242A1 (en) 2003-04-23 2004-10-24 Itea Spa PROCEDURE AND PLANT FOR THE TREATMENT OF MATERIALS
US7947167B2 (en) 2007-06-12 2011-05-24 General Electric Company Methods and systems for removing metals from low grade fuel
ITMI20072291A1 (en) * 2007-12-06 2009-06-07 Itea Spa COMBUSTION PROCESS
ITMI20072292A1 (en) * 2007-12-06 2009-06-07 Itea Spa COMBUSTION PROCESS
ITMI20072290A1 (en) * 2007-12-06 2009-06-07 Itea Spa COMBUSTION PROCESS
US20100154430A1 (en) * 2008-12-22 2010-06-24 Krishan Lal Luthra System and method for operating a gas turbine using vanadium-containing fuels
EP2236585B1 (en) 2009-04-02 2012-05-16 GE Energy Products France SNC Method of operating a thermal device and use of such a method to inhibit vanadium corrosion
JP5478997B2 (en) * 2009-09-01 2014-04-23 三菱重工業株式会社 Combustion device operation control method and combustion device
JP2011069527A (en) * 2009-09-25 2011-04-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd LOW NOx COMBUSTION DEVICE OF BOILER, COMBUSTION METHOD, AND BOILER

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4659339A (en) * 1975-03-31 1987-04-21 Petrolite Corporation Inhibition of corrosion in fuels with Mg/Al/Si combinations
WO1995007408A1 (en) * 1993-09-08 1995-03-16 Siemens Aktiengesellschaft Method of operating a gas turbine using an additive feed
US20070240425A1 (en) * 2004-05-11 2007-10-18 Itea S.P.A. High-Efficiency Combustors with Reduced Environmental Impact and Processes for Power Generation Derivable Therefrom

Also Published As

Publication number Publication date
US20150184853A1 (en) 2015-07-02
EP2877559B1 (en) 2018-03-14
CN104487552B (en) 2016-09-07
ITBA20120049A1 (en) 2014-01-25
CA2878614C (en) 2021-06-15
JP6328631B2 (en) 2018-05-23
CN104487552A (en) 2015-04-01
US9677763B2 (en) 2017-06-13
JP2015524547A (en) 2015-08-24
EA201500025A1 (en) 2015-04-30
BR112015001061A2 (en) 2017-06-27
AR092033A1 (en) 2015-03-18
AU2013295146A1 (en) 2015-01-22
EP2877559A1 (en) 2015-06-03
CA2878614A1 (en) 2014-01-30
BR112015001061B1 (en) 2020-12-22
AU2013295146B2 (en) 2017-07-27
HK1203544A1 (en) 2015-10-30
WO2014016237A1 (en) 2014-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5401467B2 (en) Combustion method
EA028261B1 (en) Combustion process for fuel containing vanadium compounds
EA028187B1 (en) Combustion process for fuel containing vanadium compounds
Wei et al. Study on reduction mechanism of Fe2O3 by NH3 under SNCR condition
JP6637888B2 (en) Pressurized oxygen combustion method
JP5484349B2 (en) Combustion method
JP5536662B2 (en) Combustion method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM